Giáo trình Quản lý khai thác đuờng ô tô (Phần 1)

Nội dung text: Giáo trình Quản lý khai thác đuờng ô tô (Phần 1)

1. TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI II KHOA CÔNG TRÌNH GIÁO TRÌNH QUẢN LÝ KHAI THÁC ĐƢỜNG Ô TÔ (Hệ Cao đ ẳng) Quaûn g Ngaõi 1 35 Km ĐÀ NẴNG - NĂM 2012 Chương 1: HỆ THỐNG KHAI THÁC VẬN TẢI Ô TÔ 1
2. Chương 1: HỆ THỐNG KHAI THÁC VẬN TẢI Ô TÔ VÀ NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG 1.1. ĐỐI TƢỢNG, MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ HỆ THỐNG KHAI THÁC VẬN TẢI Ô TÔ (0,5-0,5) Mạng lƣới đƣờng ô tô trên đất nƣớc Việt Nam theo thống kê cho đến nay ƣớc tính có tổng chiều dài 225 ngàn kilomet. Nghiên cứu về quản lý khai thác đường ô tô Việt Nam nhằm tìm cách sử dụng hợp lý ô tô và đường để chuyên chở hành khách và hàng hóa phục vụ kinh tế, quốc phòng, văn hóa và xã hội của đất nước. Trong đó, đối với đƣờng ô tô phải đảm bảo đƣợc thời gian sử dụng luôn luôn có trạng thái nhƣ đã dự tính trong thiết kế: Đảm bảo hình học, đảm bảo tải trọng, đảm bảo vận tốc và đảm bảo thông đƣợc lƣu lƣợng xe (hoặc lƣu lƣợng hàng hóa, hành khách) với mức độ an toàn đã đƣợc quy định. Để làm tốt đƣợc nhiệm vụ của mình, những ngƣời làm công tác quản lý khai thác đƣờng ô tô cần phải nghiên cứu hệ thống khai thác vận tải ô tô. Sơ đồ hệ thống khai thác vận tải ô tô (hình 1.1) cho thấy trong đó có 4 khối và 6 quan hệ tác dụng tƣơng hỗ. CON NGÖÔØI DOØNGXE ÑÖÔØNG OÂ TOÂ MOÂITRÖÔØNG XUNG QUANH Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống khai thác vận tải ô tô và các tác dụng tƣơng hỗ trong hệ thống Trong hệ thống khai thác vận tải ô tô: Khối con ngƣời bao gồm tất cả những ngƣời tham gia giao thông và khai thác đƣờng (ngƣời lái xe hoặc điều khiển các phƣơng tiện giao thông, ngƣời đi bộ, hành khách, ngƣời hƣớng dẫn giao thông, ) Khối đƣờng ô tô bao gồm toàn bộ các công trình: Nền đƣờng, kết cấu áo đƣờng, các công trình trên đƣờng, các thiết bị và các dấu hiệu hƣớng dẫn và đảm bảo an toàn giao thông, có thể tại mặt đƣờng, trên đƣờng và dƣới mặt đất, tất cả tạo nên một tổ hợp công trình thống nhất. Khối dòng xe bao gồm toàn bộ các loại phƣơng tiện giao thông chạy trên đƣờng ô tô (kể cả các loại máy tự hành, mooc kéo theo, mô tô, xe máy, xe đạp, v.v ). Khối môi trƣờng xung quanh bao gồm những ý niệm nằm trong tầm nhìn của ngƣời đi trên đƣờng, còn đối với ngƣời lái xe thì là tầm nhìn từ trong cabin ra ngoài. Đó là các yếu tố của đƣờng: Phần dành cho xe chạy, các loại ký hiệu, tín hiệu, các loại thiết bị phòng hộ trên đƣờng, các cây cối, đồi núi, v.v Hiểu thấu đáo về tác dụng tương hỗ giữa các khối trong hệ thống khai thác vận tải ô tô mới có thể đưa ra được phương án tổ chức bảo dưỡng - sửa chữa đúng đắn, biện pháp kỹ thuật bảo dưỡng - sửa chữa đúng đắn, nghĩa là đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất. Ví dụ trong quan hệ tác dụng tƣơng hỗ giữa xe và đƣờng, có biết đƣợc tác dụng của ô tô lên đƣờng làm cho đƣờng sẽ bị tích lũy biến dạng lún, bị mài mòn, dao động đơn 2
3. điệu của một loại xe sẽ làm cho đƣờng lƣợn sóng đều đều, v.v thì cần phải theo dõi diễn biến lƣu lƣợng xe chạy trên đƣờng và thời gian khai thác, quản lý cho chạy xe không quá tải, theo dõi biến dạng của đƣờng, độ hao mòn mặt đƣờng, v.v để đề ra phƣơng pháp bảo dƣỡng hay sửa chữa đúng đắn. Có biết đƣợc đƣờng cũng tác dụng trở lại xe chạy trên đƣờng bằng lực bám, lực xung kích, các đƣờng cong nằm không cong đều sẽ làm cho xe chạy bị lắc ngang, các đƣờng cong đứng sẽ làm cho bánh xe bị gia tải hoặc giảm tải, v.v ngƣời quản lý khai thác đƣờng phải luôn chú ý làm cho các tác động này nằm trong phạm vi đảm bảo xe chạy tốt. Nếu xét trƣờng hợp mặt đƣờng lồi lõm quá mức cho phép sẽ làm cho xe mau hỏng, xe chạy bị giảm tốc xuống mức dƣới tốc độ thiết kế thì đƣờng đã bị xuống cấp, và muốn không có điều đó xảy ra thì phải biết nguyên nhân lồi lõm mặt đƣờng là do xe chạy quá tải hoặc do chế độ thủy nhiệt sinh ra, v.v để từ đó tìm ra cách khắc phục hoặc phải sửa chữa, cải tạo, nâng cấp đƣờng kịp thời và hiệu quả nhất. Trong khối Con ngƣời của Hệ thống khai thác vận tải ô tô, những ngƣời quản lý khai thác đƣờng (hình 1.2) cần phải nắm chắc đƣợc vai trò vị trí của mình, các loại hƣ hỏng thƣờng gặp trên đƣờng, nguyên nhân gây ra hƣ hỏng, đặc điểm của đƣờng, v.v thì mới làm tốt cho hệ thống khai thác vận tải ô tô. 1.2. NHỮNG NHÂN TỐ GÂY RA SỰ SUY GIẢM CHẤT LƢỢNG ĐƢỜNG Ô TÔ (2,5-2) 1.2.1. Môi trường vật chất của đường ô tô 1. Những nhân tố chủ yếu thuộc về khí hậu Mƣa khí quyển là một nhân tố quan trọng nhất cần phải coi trọng vì nó ảnh hƣởng tới sức chịu đựng của các vật liệu làm đƣờng. Một lƣợng ngậm nƣớc tối thiểu cần nhƣ thế nào để cho vật liệu đất làm đƣợc nhiệm vụ của nó một cách đầy đủ trong kết cấu tổng thể nền - mặt đƣờng nói chung hoặc trong công trình nền đƣờng nói riêng, thì sự quá thừa nƣớc lại nguy hại nhƣ thế ấy cho sự bền vững của chúng. Mƣa có thể gây những tác hại lớn cho đƣờng sá, và để phòng tránh các tác hại có thể xảy ra, không gì bằng trực tiếp quan sát con đƣờng dƣới trời mƣa. Đây là một công việc mà mọi ngƣời có trách nhiệm quản lý bảo dƣỡng và sửa chữa đƣờng cần phải làm, và kể cả những ngƣời làm công tác thiết kế đƣờng nữa, để từ đó rút ra đƣợc những thông tin cần cho việc lập các đồ án đƣợc tốt. Một hiện tƣợng thƣờng gắn trực tiếp với mƣa, đặc biệt là những địa phƣơng có chế độ mƣa khắc nghiệt là sự xói mòn đất, đây đƣợc coi là hiện tƣợng thƣờng xảy ra trên đƣờng ô tô ở các nƣớc vùng nhiệt đới nhƣ nƣớc ta. Hiện tƣợng xói mòn chỉ bắt đầu phát sinh khi tốc độ nƣớc chảy vƣợt quá tốc độ giới hạn. Tốc độ giới hạn này có thể từ 0.30 m/s cho cát có đƣờng kính 0.1 mm và đạt tới 1.50 m/s hoặc hơn nữa cho sỏi cuội và cả cho đất sét. Ơ chỗ đất xốp ngƣời ta thƣờng chấp nhận trị số 0.90 m/s. Để có thể dựa vào các giới hạn này mà đánh giá hiện tƣợng sẽ xảy ra trên đƣờng thì cần phải biết lƣợng mƣa, tính toán thủy văn, thủy lực để biết vận tốc chảy trên mặt đƣờng, lề đƣờng và mái dốc đào, đắp đƣờng. Mƣa lũ làm mềm yếu đất nền, giảm sức chống cắt của đất, gây sạt lở mái ta luy nền đƣờng Ánh nắng mặt trời là một nhân tố thuận lợi cho sự bền vững của mặt đƣờng. Thực tế, nƣớc đọng trên lớp mặt xe chạy và thấm xuống kết cấu áo đƣờng làm giảm cƣờng độ và tăng số lƣợng tai nạn do trơn trƣợt. Nhờ có ánh nắng mặt trời, nước bốc hơi nhanh hơn và làm giảm thời gian đọng nước và thấm nước. Tuy nhiên, bức xạ mặt trời lại có ảnh hưởng không tốt tới cường độ của vật liệu làm mặt đường, đặc biệt là 3
4. đối với mặt đường nhựa, mặt đường bê tông xi măng. Sự thay đổi của nhiệt độ trong ngày có thể làm cho mặt đường co giãn, thể tích thay đổi không đều làm cho mặt đường nứt nẻ. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, mặt đường nhựa có thể trở nên mềm, dẻo, nhất là khi dùng lượng nhựa, loại nhựa không hợp lý, trên mặt đường phát sinh làn sóng, lún, vệt hằn bánh xe, chảy nhựa mặt đường. Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp, nhựa chóng hóa già, dòn làm mặt đường nứt, gãy. Cuối cùng là gió. Gió có thể có tác dụng tốt khi làm nhanh sự bốc hơi, nhƣng có khi gió lại gây khó khăn cho xe bám đường để chạy, khó khăn cho người lái xe nhìn đường, khó khăn cho thi công. Ví dụ: Có thể nhiệt độ ngoài trời khá cao, gió vẫn làm nguội các tia nhựa trong lúc rải nhựa làm giảm tính dính bám của nhựa với đá, mặt khác khi đang tƣới nhựa mà mặt đá bị gió thổi làm cho bị phủ một lớp bụi mỏng, lớp bụi mỏng này làm nhựa kém dính bám với đá. 2. Chất lượng của đất và các loại vật liệu. Chất lƣợng của đất và các loại vật liệu đóng một vai trò quan trọng, một mặt đối với kết cấu áo đƣờng, mặt khác đối với lớp mặt chịu tác dụng của bánh xe chạy. Loại đất dùng để đắp nền đƣờng thƣờng đƣợc chọn là các loại đất có khả năng chịu lực tốt, dễ đầm lèn, trạng thái của đất ít thay đổi khi độ ẩm biến đổi nhiều, v.v Các loại đất bị trương nở, hoặc co ngót nhiều khi bị thay đổi lớn về độ ẩm sẽ làm các lớp kết cấu mặt đường bên trên bị phá hủy nhanh chóng. Với các mặt đường cấp thấp không đƣợc trải nhựa, chất lƣợng của vật liệu hạt nhƣ: kích cỡ hạt thành phần cấp phối, độ dính kết, cƣờng độ, sức chịu mài mòn, tính nhạy cảm với nƣớc là những yếu tố quyết định khả năng chống xói mòn và chống bánh xe mài mòn của mặt đƣờng. Do vậy, để tránh những phá hoại sau này nhất thiết phải tôn trọng những quy định về chế tạo và thi công. Khi thi công mặt đƣờng nhựa, đặc biệt là đối với vật liệu sỏi, đá, những điều cần tránh gồm có: Cƣờng độ không đủ; Cấp phối hạt không đúng quy cách; Vật liệu không đủ sạch; Kích thƣớc ngoại hình của hạt vật liệu không đạt yêu cầu: Quá nhiều hạt tròn hoặc quá nhiều hạt dẹt, hạt dài. Khi thi công các loại mặt đƣờng khác, các điều kiện tổng quát về đất và vật liệu tự nhiên cần phải đạt đƣợc các yêu cầu sau: Có độ ẩm thích hợp với việc thi công nền đất và đầm nén; Có độ trƣơng nở thấp; Có đủ lực dính và cƣờng độ chịu nén; Có đủ sức chịu đựng và cƣờng độ cơ học để cho phép chịu đƣợc ứng suất lặp do tải trọng trùng phục của xe chạy gây ra; Có đủ cƣờng độ chịu nén; Không nhạy cảm với nƣớc; Kích cỡ các hạt lớn nhất đƣợc giới hạn dƣới 40 mm cho vật liệu làm lớp móng trên và 60 mm cho vật liệu làm lớp móng dƣới để tránh bị phân tầng và dễ thi công. 1.2.2. Chất lượng kỹ thuật của đồ án thiết kế và của thi công Chất lƣợng kỹ thuật xấu của một đồ án thiết kế đƣờng có thể gây ảnh hƣởng xấu, làm cho mặt đƣờng chóng suy giảm chất lƣợng. Về phƣơng diện thi công và chế tạo vật liệu, những sai sót chính có thể dẫn đến rút ngắn tuổi thọ của con đƣờng là: 4
5. Thiếu công đầm lèn; Khi chuyên chở, bốc dỡ, san rải, đá bị phân tầng, (đá nhỏ và đá to bị phân tách); Cân đong thiếu nhựa hoặc thiếu cốt liệu, không đúng quy định hoặc thất thƣờng; Nhiệt độ thi công nhựa đƣờng quá thấp; Màng nhựa chƣa bao kín các hạt đá; V.v 1.2.3. Ảnh hưởng của lượng vận chuyển và tải trọng xe. Sự hoạt động qua lại nhiều lần của các trục xe, áo đƣờng bị bào mòn trên mặt và 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 đá mặt đƣờng không rải nhựa, đối với mặt đƣờng láng nhựa và bê tông nhựa thì nó làm nhẵn mặt các viên đá. Sự mài mòn tùy thuộc vào cƣờng độ vận chuyển, thành phần dòng xe (số lƣợng xe, loại xe nhẹ hay xe nặng) và vào tốc độ của xe. b. Hiện tượng mỏi: giảm cường độ theo thời gian Hiện tƣợng mỏi xuất hiện phổ biến trên các đƣờng nhựa, do sự không liên tục trong cấp phối của vật liệu và sự diễn biến khác nhau giữa một bên là móng đƣờng và nền đƣờng với một bên là lớp trên mặt đƣờng. Sự mỏi của mặt đƣờng có nguyên nhân từ các lực thẳng đứng do truyền tải và các lực kéo nén tác dụng lên kết cấu mặt đƣờng, trong bề dày áo đƣờng sự ma sát lặp đi lặp lại giữa các hạt đá dẫn đến tác dụng làm vụn dần mặt đá, sản sinh ra các hạt bụi nhỏ và làm tăng tính dẻo của phối liệu. Có thể thấy sự phát sinh trên đƣờng những vết nứt dọc và nứt ngang khi mặt đƣờng phải làm việc qúa giai đoạn đàn hồi của nó. Nhiều thử nghiệm đã đƣợc làm trên các mặt đƣờng nhựa, đặc biệt là thử nghiệm AASHO đã cho thấy rất rõ là các hiện tƣợng mỏi này tùy thuộc không những vào số lần lặp đi lặp lại của tải trọng bánh xe, mà còn phụ thuộc rất nhiều vào trọng lƣợng của trục xe. Số lần lặp của tải trọng trên các mặt đƣờng nhựa (khối lƣợng vận chuyển và hình thái các trục xe) tác động đến tuổi thọ của mặt đƣờng không phải theo qui luật đƣờng thẳng, mà theo một hàm số có dạng hàm số lôgarit và cứ nhƣ thế mà các tác động trực tiếp của hiện tƣợng mỏi đƣợc thể hiện từ từ, càng trải qua nhiều thời gian (kể từ khi bắt đầu đƣa đƣờng vào khai thác) tác động tích luỹ lại càng nhiều hơn. Ở giai đoạn dài khởi đầu, có thể dài hơn một nửa tuổi thọ có ích của con đƣờng (thậm chí có thể 2/3) không thấy xuất hiện những hƣ hỏng có thể trông thấy đƣợc bằng mắt thƣờng nếu có một sự bảo dƣỡng tối thiểu cho lớp mặt. Nhƣng sau giai đoạn này sẽ thấy xuất hiện giai đoạn phá hỏng càng ngày càng nhanh, nó đƣợc thể hiện bằng những vết nứt và những vết lún của bánh xe và dẫn đến mặt đƣờng mất bằng phẳng và dần bị bong bật. c. Tác động của tải trọng xe tới độ bền của kết cấu nền – mặt đường: Về mặt nguyên lý, tổ hợp gồm: Tải trọng trục + bánh xe + mặt đƣờng giữ vai trò quyết định đến độ bền và tuổi thọ của kết cấu mặt đƣờng, trong đó, toàn bộ trọng lƣợng bản thân xe đƣợc phân bố qua các trục bánh xe để thông qua bánh xe truyền trực tiếp tải trọng xuống mặt đƣờng (hình 1.3). Tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đƣờng, căn cứ vào tải trọng, độ cứng của bánh xe và độ cứng của mặt đƣờng mà diện tích truyền áp lực xuống có thể lớn hay nhỏ, ảnh hƣởng trực tiếp đến sự chịu tải của các lớp kết cấu mặt đƣờng và của nền đƣờng. 5
6. AÙp suaát döôùi AÙp suaát döôùi baùnh ñôn baùnh keùp ÖÙng suaát lôùn nhaát taïi taâm ñoái xöùng phaùt sinh taïi ñaùy lôùp vaät lieäu Hình 1.3: Sơ đồ mô tả trạng thái ứng suất của nền - mặt đƣờng dƣới tác dụng của tải trọng bánh xe. Xét về yếu tố tải trọng trục và bánh xe, nếu để cho các phƣơng tiện có mức độ trọng tải không hợp lý sẽ gây hƣ hỏng cho kết cấu mặt đƣờng và các công trình cầu cống trên đƣờng. Tải trọng càng cao càng dễ gây hƣ hỏng cho đƣờng, xe bánh đơn, trục đơn gây hƣ hỏng đƣờng nhiều hơn xe bánh kép, trục kép cùng tải trọng. Theo tài liệu nghiên cứu của Hội những ngƣời làm đƣờng ô tô và vận tải ở Mỹ (AASHTO), các loại xe tải thông dụng hiện đang lƣu thông trên đƣờng có 4 kiểu trục xe cơ bản nhƣ sau: Trục đơn – bánh đơn; Trục đơn – bánh kép; Trục kép – bánh đơn; Trục kép – bánh kép. Hệ số chuyển đổi tải trọng của các loại xe về trục đơn bánh kép của xe tiêu chuẩn 8,0 tấn đã đƣợc tính với giả thiết: Chỉ số phục vụ ở cuối thời kỳ thiết kế Pt = 2,5, chỉ số kết cấu mặt đƣờng mềm SN = 3 và BTXM dày 22cm. Kết quả tính toán cho thấy: Nếu so sánh cùng kiểu trục đơn giữa 2 loại tải trọng trục thì nguy cơ gây hƣ hỏng mặt đƣờng do xe vƣợt tải có tải trọng trục đơn 13,34 tấn gây ra sẽ gấp 7,9 lần so với tải trọng trục đơn bánh kép của xe tiêu chuẩn 8,0 tấn. Từ kết quả tính toán, AASHTO đã đƣa ra một số thông báo nhƣ sau: Để đạt đƣợc mức độ ảnh hƣởng tới mặt đƣờng tƣơng đƣơng nhƣ do xe có tải trọng trục đơn tiêu chuẩn 8,0 tấn gây ra, thì với loại xe tải nhẹ có tải trọng trục đơn 4,45 tấn phải tác động gấp 12 lần so với xe tiêu chuẩn; Tƣơng tự, để đạt đƣợc mức độ ảnh hƣởng nhƣ nhau tới mặt đƣờng do xe có tải trọng trục đơn tiêu chuẩn 8,0 tấn gây ra trong một số lƣợt chạy nhất định, thì với xe tải nặng hơn có tải trọng trục đơn 9,78 tấn chỉ đƣợc phép chạy bằng một nửa số lƣợt đó; Nguy cơ gây hƣ hỏng mặt đƣờng của xe có tải trọng trục đơn tiêu chuẩn 8,0 tấn gấp 3000 lần so với xe con có tải trọng trục đơn 0,89 tấn; Cùng chịu một tải trọng nhƣ nhau là 13,3 tấn nhƣng nguy cơ gây hƣ hỏng mặt đƣờng của xe tải nặng trục đơn sẽ lớn gấp khoảng 11 lần so với xe trục kép. 6
7. 1.3. CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT TRONG KHAI THÁC VẬN TẢI Ô TÔ (4-1+0,5) 1.3.1. Mục đích nghiên cứu Là dùng các chỉ tiêu đó để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng các con đƣờng và phƣơng tiện vận tải, hiệu quả của công tác bảo dưỡng sửa chữa đƣờng, công tác tổ chức giao thông đảm bảo an toàn và thông suốt trên đƣờng. 1.3.2. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật a. Năng suất vận tải ô tô hàng năm Năng suất vận tải ô tô hàng năm (P) là đại lƣợng đo bằng tấn-Km/năm, có giá trị tính theo công thức sau: TktgV P Lk htQk tt, (T.Km / năm) (1.1) L t qVk ht Trong đó: T - Số giờ hoạt động của xe trong một năm; ktg - Hệ số sử dụng thời gian; V - Vận tốc xe chạy trung bình, Km/h; kht - Hệ số sử dụng hành trình; tq - Số giờ bốc dỡ cho một chuyến xe; L - Chiều dài hành trình, Km; Q - Sức trọng tải của xe, tấn (T); ktt - Hệ số sử dụng trọng tải. Từ công thức cho thấy năng suất vận tải ô tô phụ thuộc nhiều vào tải trọng ô tô và tốc độ xe chạy. Nhƣ vậy cƣờng độ của kết cấu mặt đƣờng và độ bằng phẳng của mặt đƣờng cũng ảnh hƣởng quan trọng đến năng suất vận tải ô tô (vì đủ cƣờng độ thì xe chạy sẽ không bị lún bánh, hệ số cản lăn nhỏ và xe có thể chở đƣợc theo trọng tải đã định; mặt đƣờng phẳng thì sẽ hạn chế sinh ra xung kích và xe sẽ chạy đƣợc tốc độ cao). Cho nên việc đảm bảo cho mặt đƣờng luôn luôn đủ cƣờng độ và độ bẳng phẳng là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của công tác quản lý khai thác đƣờng. b. Mức độ an toàn giao thông: An toàn giao thông là một chỉ tiêu quan trọng trong giao thông vận tải. Có thể đánh giá mức độ an toàn giao thông thông qua mức độ thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân do tai nạn giao thông (Y), biểu thị dƣới dạng thiệt hại về vật chất tính trung bình trên một Km đƣờng theo công thức: M M C C C Y 1 2 tb 1 2 , (đồng / Km) (1.2) L Trong đó: M1 - Số nhân công bị mất khả năng lao động do thƣơng tật vì tai nạn giao thông, ngƣời *ngày; (tính từ lúc tai nạn giao thông cho đến lúc đi làm lại) M2 - Số nhân công bị chết do các tai nạn giao thông (tính từ lúc chết vì tai nạn giao thông cho đến lúc về hƣu), ngƣời* ngày; Ctb - Chi phí trung bình hàng ngày cho một lao động, đồng/ ngƣời/ngày; C1- Chi phí sửa chữa ô tô do tai nạn gây ra, đồng; C2 - Thiệt hại do hƣ hỏng, mất mát hàng hóa vì tai nạn giao thông, đồng; L - Chiều dài chạy xe. c. Giá thành vận tải (C) Giá thành vận tải (C) là đại lƣợng đo bằng đ/tấn/Km, đặc trƣng cho hiệu quả kinh tế của vận tải ô tô và đƣợc tính theo công thức: 7
8. Z C qđ (đ/tấn/Km) (1.3) P Trong đó: Zqđ Z1 Z1' Z2 Zđ Z3 Z4 Zô Z5 P - Năng suất vận tải ô tô hàng năm, tấn*Km / năm; zqđ - Chi phí qui đổi hàng năm cho việc mua sắm ô tô, khai thác ô tô, xây dựng đƣờng và khai thác đƣờng, tính bằng đồng/năm; z1 - Chi phí qui đổi trong việc mua sắm ô tô; đồng z1’ - Giá trị còn lại của ô tô, đồng; z2 - Chi phí qui đổi trong việc trung tu và đại tu ô tô, đồng; z3 - Chi phí qui đổi trong việc xây dựng đƣờng và các công trình dùng cho đƣờng, đồng; z4 - Chi phí qui đổi trong việc trung tu và đại tu đƣờng, đồng; zô - Chi phí thƣờng xuyên đã qui đổi trong việc khai thác ô tô, đồng; zđ - Chi phí qui đổi cho việc sửa chữa thƣờng xuyên (bảo dƣỡng và sửa chữa nhỏ) đƣờng, đồng; z5 - Thiệt hại qui đổi do các tai nạn giao thông trên đƣờng, đồng. Công thức (1.3) cho thấy trạng thái của mặt đƣờng là một nhân tố có ảnh hƣởng lớn đến giá thành vận chuyển vì nó ảnh hƣởng trực tiếp đến năng suất vận tải ô tô. Cho nên một trong những cách làm giảm giá thành vận chuyển là luôn luôn giữ cho đƣờng và các công trình trên đƣờng ở trạng thái tốt. Ba chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật nói trên là ba chỉ tiêu chính dùng để đánh giá hiệu quả của hệ thống khai thác vận tải ô tô. Tuy nhiên để phân tích rõ hơn, còn có thể dùng một loạt các chỉ tiêu phụ đặc trƣng cho những đặc điểm của các tác dụng tƣơng hỗ giữa những yếu tố của các hệ thống nhỏ với nhau trong cơ cấu hệ thống khai thác vận tải ô tô. Ví dụ khi đánh giá về tác dụng qua lại của các yếu tố trong hệ thống nhỏ “ô tô và đƣờng” ta còn có thể dùng các chỉ tiêu nhƣ độ bằng phẳng, cƣờng độ của kết cấu mặt đƣờng, tốc độ có thể đạt đƣợc của ô tô theo điều kiện bằng phẳng, v.v 1.4. CHẾ ĐỘ THỦY NHIỆT CỦA ĐƢỜNG (5-1) 1.4.1. Khái niệm, mục đích nghiên cứu và bản chất vật lý của chế độ thủy nhiệt của đường 1. Khái niệm về chế độ thủy nhiệt của đường 08/08/78 Chế độ thủy nhiệt của đƣờng là qui luật thay đổi về độ ẩm và nhiệt độ trong áo đƣờng và nền đƣờng, theo không gian và thời gian. 2. Mục đích nghiên cứu về chế độ thủy nhiệt của đường Nhằm xác định đƣợc qui luật thay đổi độ ẩm theo không gian và thời gian để tìm ra độ ẩm trong mùa bất lợi nhất. Từ đó có thể xác định đƣợc đúng đắn cƣờng độ của đất nền đƣờng và kết cấu áo đƣờng, kiểm tra khả năng làm việc của đƣờng, và khi cần thiết thì đƣa ra đƣợc biện pháp cải thiện đúng đắn cho chế độ thủy nhiệt của đƣờng. 3. Bản chất vật lý của chế độ thủy nhiệt của đường Khi nhiệt độ trong nền đƣờng và áo đƣờng thay đổi, hoặc khi đƣờng chịu tác dụng của áp lực hơi nƣớc và không khí do gió thổi hay nhiệt độ thay đổi ở bên ngoài gây ra, thì đất nền đƣờng và vật liệu làm áo đƣờng sẽ có sự trao đổi nƣớc với bên ngoài. Quá trình đó cứ diễn ra thƣờng xuyên, ảnh hƣởng nhiều đến trạng thái và tính chất cơ lý 8
9. của đất và vật liệu làm áo đƣờng, ảnh hƣởng đến điều kiện làm việc của đƣờng mà trong đó nƣớc đóng vai trò chủ yếu. Trong quá trình đó có sự thay đổi giữa hai pha hơi và lỏng của nƣớc. Và trong nghiên cứu về vấn đề này ngƣời ta chia làm 3 trƣờng hợp: Trƣờng hợp 1: Khuếch tán chỉ có một pha là hơi nƣớc, xảy ra khi độ ẩm của vật liệu nhỏ hơn độ ẩm hút ẩm cực đại: W < Whcđ. Trƣờng hợp 2: Khuếch tán hai pha là hơi nƣớc bão hòa và pha lỏng, xảy ra khi độ ẩm của vật liệu lớn hơn độ ẩm hút ẩm cực đại và nhỏ hơn độ ẩm no nƣớc: Whcđ < W < Wno. Trƣờng hợp 3: Khuếch tán chỉ có một pha là pha lỏng, xảy ra khi tất cả lỗ rỗng đều chứa đầy nƣớc, độ ẩm của vật liệu lớn hơn hay bằng độ ẩm no nƣớc: W ≥ Wno. Trong các lớp vật liệu của áo đƣờng thƣờng xảy ra trƣờng hợp 1. Trong đất ở phần trên của nền đƣờng thƣờng xảy ra trƣờng hợp 2, Trong đất nền đƣờng ở phần no nƣớc thì xảy ra trƣờng hợp 3. Ví dụ lớp đất càng gần móng mặt đƣờng sẽ càng ẩm hơn do hiện tƣợng khuếch tán nhiệt của hơi nƣớc đi từ khu vực đất nóng đến khu vực vật liệu lạnh hơn. Chế độ thủy nhiệt làm cho độ ẩm trong đất nền đƣờng và vật liệu không đều nhau, dẫn đến mặt đƣờng, mặt lề đƣờng, mặt mái taluy không phẳng, và sẽ là nguyên nhân dẫn đến các hình thức hƣ hỏng nghiêm trọng hơn nếu không kịp thời khắc phục. 1.4.2. Chế độ thủy nhiệt của địa phương ảnh hưởng đến chế độ thủy nhiệt của đường: 1. Các nguồn nước ở bên ngoài ảnh hưởng đến chế độ thủy nhiệt của đường: Nghiên cứu về vấn đề này, ngƣời ta phân đƣờng làm 3 loại chịu ảnh hƣởng của các nguồn nƣớc nhƣ sau: * Loại I: Gọi là đƣờng ở vùng khô ráo, là vùng thoát nƣớc mặt tốt, không có nƣớc đọng, còn nƣớc ngầm ở dƣới sâu không ảnh hƣởng đến tầng hoạt động (bình thƣờng độ sâu tầng này là za = 1m đến 1,5m), nền đƣờng chỉ bị ảnh hƣởng của nƣớc mƣa và hơi nƣớc. * Loại II: Đƣờng ở vùng ẩm ƣớt theo mùa, là vùng bị ảnh hƣởng của nƣớc mặt ở hai bên đƣờng (lâu hơn 20 ngày), nhƣng nƣớc ngầm ở sâu không ảnh hƣởng đến đƣờng đến tầng hoạt động. * Loại III: Đƣờng ở vùng rất ẩm ƣớt, là trƣờng hợp mực nƣớc ngầm ở nông, nƣớc mặt cũng không thoát đƣợc. Những nguồn nƣớc này thƣờng xuyên ảnh hƣởng đến nền đất và móng của đƣờng. Chế độ thủy nhiệt ở các loại đó sẽ ảnh hƣởng khác nhau đến chế độ thủy nhiệt của đƣờng. Cần phải phân chia từng đoạn đƣờng nhƣ vậy để đề ra biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt đúng đắn và có hiệu quả nhất cho từng đoạn đƣờng cụ thể. 2. Khí hậu thời tiết của mỗi vùng một khác và sẽ ảnh hưởng đến đường với mức độ khác nhau Khí hậu của các địa phƣơng có khác nhau, theo thời gian thời tiết cũng thay đổi, hai nhân tố này làm cho chế độ thủy nhiệt của đƣờng sẽ khác nhau giữa các vùng và cũng thay đổi theo thời tiết. Ví dụ về mùa mƣa mực nƣớc ngầm dâng cao khiến cho độ ẩm trong nền đƣờng tăng lên làm mặt đƣờng bị phá hoại nhiều trong mùa mƣa (lồi lõm, nứt, sinh nhiều ổ gà, ). 3. Địa hình địa mạo trong khu vực có ảnh hưởng đến các nguồn nước và ảnh hưởng đến chế độ thủy nhiệt của đường Nơi mặt đất lồi lõm nhiều và khó thoát nƣớc thì chế độ thủy nhiệt cũng ảnh hƣởng xấu đến đƣờng. 9
10. Nơi có nhiều địa vật, cây cối trên mặt đất cũng làm cho khó thoát nƣớc và nƣớc khó bay hơi thì chế độ thủy nhiệt cũng ảnh hƣởng xấu đến đƣờng. 1.4.3. Chế độ thủy nhiệt của đường ảnh hưởng đến sức phục vụ của đường 1. Chế độ thủy nhiệt ảnh hưởng đến mô đuyn đàn hồivf sức chống cắt của nền đường Bởi vì chế độ thủy nhiệt ảnh hƣởng đến độ ẩm của đất, cho nên ảnh hƣởng đến mô đuyn đàn hồi của nền đƣờng: E f 0 W, K, mC và do đó ảnh hƣởng đến mô đuyn đàn hồi chung của nền - mặt đƣờng. Trong biểu thức trên đây: W - Độ ẩm của đất; K - Hệ số độ chặt của đất; mc - Hệ số, đặc trƣng cho cấu trúc của đất; Theo kết quả nghiên cứu của bộ môn Đƣờng ô tô và đƣờng thành phố thuộc trƣờng Đại học xây dựng Hà Nội thì mô đuyn đàn hồi E0 của đất có quan hệ với độ ẩm tƣơng đối nhƣ sau: 5 W - Đối với đất á sét: E0 24 (1.4) Wnh 3 W - Đối với đất cát: E0 74 (1.5) Wnh Trong đó: W là độ ẩm của đất (%); Wnh là giới hạn nhão của đất. Theo kết quả nghiên cứu của Trƣờng đại học đƣờng ô tô Khác Kôv, độ ẩm của đất ảnh hƣởng đến mô đuyn đàn hồi, cƣờng độ chống cắt và góc nội ma sát của đất nhƣ sau: 3 2 E0C0tg 0 AW BW CW D (1.6) 2 Trong đó: E0 - Mô đun đàn hồi của đất, kG/cm ; 2 C0 - Cƣờng độ chống cắt của đất, kG/cm ; 0 - Góc nội ma sát của đất W - Độ ẩm của đất. Có thể tìm các hệ số A, B, C, D của phƣơng trình từ nhiều kết qủa thí nghiệm, dùng máy tính để tính các hệ số A, B, C, D và các trị số gần đúng của Eo, Co, o rồi lập đƣợc các phƣơng trình hoặc lập thành bảng sẵn để tìm các trị số gần đúng của E0, C0, 0 khi đã biết độ ẩm W và độ chặt cho từng loại đất. Nhờ các kết quả nói trên, căn cứ vào độ ẩm, độ chặt, E0, C0, và 0 của đất nền đƣờng ở từng đoạn đƣờng cụ thể, ta có thể đánh giá chế độ thủy nhiệt ảnh hƣởng đến sức phục vụ của đoạn đƣờng ở mức nào và có cần phải tiến hành biện pháp cải thiện hay không. 2. Các kết quả tham khảo: Trong những trƣờng hợp không có điều kiện thí nghiệm đầy đủ, có thể tham khảo các kết quả dƣới đây. Thông thƣờng, nếu độ ẩm tƣơng đối không quá 0,5 0,75 thì đất còn ở trạng thái dẻo cứng, nhƣng khi độ ẩm tƣơng đối = 0,75 1,0 thì đất nền chuyển sang dẻo mềm hoặc nhão. Cho nên thực tế thƣờng phải tìm các biện pháp giữ cho đất có độ ẩm tƣơng đối không vƣợt quá 0,60 0,65. Đối với cát (đất không dính) thì không thể trở nên biến cứng đƣợc. Khi W 0,70Wnh thì dƣới tác dụng trùng phục của tải trọng p pgh (giá trị tác dụng tĩnh một lần) nền đất vẫn trở nên biến cứng khi đủ số lần tác dụng rất lớn. 10
11. Dựa trên tính chất khác nhau về khí hậu thời tiết, địa hình, thủy văn, của các vùng trong nước, Bộ giao thông đã phân ra 4 Khu quản lý đường bộ, mỗi Khu quản lý đường sá trong một khu vực có những điều kiện ảnh hưởng đến đường riêng, nhờ đó đề ra những nguyên tắc và biện pháp phù hợp về thiết kế, xây dựng và khai thác đường. 1.4.4. Các biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt cho đường 1. Mục đích áp dụng: * Mục đích cải thiện chế độ thủy nhiệt của đƣờng là hạn chế ảnh hƣởng xấu của các nguồn nƣớc gây ẩm đƣờng, nhằm làm tăng đƣợc độ ổn định của nền đƣờng, cƣờng độ của nền đƣờng và mặt đƣờng. 2. Điều kiện áp dụng: * Khi độ ẩm W0 của đất nền đƣờng trong vùng hoạt động của tải trọng xe lớn hơn độ ẩm tính toán cho phép Wcp , dẫn đến các đặc trƣng cƣờng độ của đất nhƣ E0, C0, và 0 nhỏ hơn trị số tính toán yêu cầu Eyc , Cyc , yc thì phải áp dụng các biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt của đƣờng để rồi mỗi khi tiến hành trung tu hay đại tu đƣờng thì sẽ kết hợp áp dụng các biện pháp đó. 3. Các biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt: * Mở rộng lề đường. Mục đích là ngăn chặn nước ngập ở hai bên đường di chuyển vào vùng dƣới áo đƣờng. Thoát nước mặt, tức là bố trí kênh, rãnh ngầm hoặc công trình dẫn nƣớc để cho nguồn nƣớc đọng thoát đi nơi khác. Nâng cao nền đường. Mục đích là làm cho độ sâu từ đáy áo đƣờng đến mực nƣớc ngầm tính toán đƣợc tăng lên đến trị số h1 sao cho độ ẩm của đất trong vùng hoạt động của nền đƣờng không vƣợt quá trị số cho phép Wcp . Hạ mực nước ngầm, bằng cách dùng các công trình thoát nƣớc ngầm đặt ở hai bên đƣờng, hoặc dƣới tim đƣờng, dƣới lề đƣờng, dƣới dải phân cách; hoặc bằng các phƣơng pháp khác: Giếng thu nƣớc, điện phân, v.v làm cho mực nƣớc ngầm hạ xuống sâu. Làm lớp chứa nước. Vật liệu làm lớp này thƣờng là cát, sỏi sạn, v.v để làm móng đƣờng kiêm chứa đƣợc toàn bộ lƣợng nƣớc sinh ra trong mùa mƣa, do thấm từ trên mặt đƣờng xuống, mà có, không ảnh hƣởng đến khả năng làm việc của áo đƣờng. Lƣợng nƣớc này sẽ từ từ đƣợc thấm ra môi trƣờng xung quanh và bốc hơi đi hết trƣớc khi mùa mƣa mới bắt đầu. Lớp chứa nƣớc thƣờng còn kiêm chức năng chịu lực đã đƣợc tính toán trong sơ đồ tính toán cƣờng độ mặt đƣờng và yêu cầu về thi công. Làm lớp thoát nước, bằng vật liệu thƣờng dùng là cát, đá hộc, , chiều dày đủ lớn, cho phép dòng thấm chảy đƣợc trong đó, nhƣng cần phải có chiều dày dự trữ và cũng phải đảm bảo thêm yêu cầu tính toán về cƣờng độ mặt đƣờng và yêu cầu về thi công. Nhƣng trong mọi trƣờng hợp chất lƣợng của lớp cát thoát nƣớc phải đảm bảo hệ số thấm không ít hơn 3 m/ngày đêm. Làm lớp cách nước, bằng xỉ, cát, đá hộc, đất trộn bi tum dầy 3 5cm, đá dăm gia cố xi măng, đất dính đƣợc đầm nén đạt độ chặt lớn nhất ở độ ẩm tốt nhất dày 15 20cm, cát gia cố chất dính kết vô cơ, bê tông nhựa, v.v , có tác dụng ngăn cách dòng nƣớc hoặc hơi nƣớc thấm vào nền đƣờng hoặc ngăn cách nƣớc mao dẫn từ mực nƣớc ngầm lên làm ẩm tầng hoạt động của đƣờng. 11
12. Lớp cách nƣớc có thể là một lớp riêng biệt và cũng có thể còn là một lớp móng chịu lực trong áo đƣờng. Thay đất hoặc làm thay đổi tính chất của đất (đầm chặt đất, ), là biện pháp đƣợc xét đến khi không có điều kiện sử dụng các biện pháp khác và cũng không có điều kiện sử dụng vật liệu đắt tiền. Biện pháp này không chỉ có tác dụng ngăn chặn ảnh hƣởng xấu của các nguồn ẩm mà còn làm tăng đƣợc cƣờng độ của nền và mặt đƣờng. 4. Việc áp dụng những biện pháp nói trên là phát huy tốt các tác dụng tương hỗ: * Việc áp dụng những biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt của đƣờng là phát huy mặt tốt của các tác dụng tƣơng hỗ có liên quan đến đƣờng trong Hệ thống khai thác vận tải ô tô : Con ngƣời và Đƣờng ô tô, Môi trƣờng xung quanh và Đƣờng ô tô, Dòng xe và Đƣờng ô tô. 12
13. Chương 2: THEO DÕI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC CỦA ĐƢỜNG 2.1 CÁC HỆ SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC CỦA ĐƢỜNG (7- 1+1) 1. Mục đích Trong quá trình khai thác đƣờng cần điều tra theo dõi các hệ số này là để đánh giá chất lƣợng đƣờng và qua đó có thể xác định đƣợc mức độ sửa chữa đƣờng. 2. Công thức tính Hệ số cường độ của áo đường theo độ lún đàn hồi: Ett Kcđ1 ; (2.1) E yc Trong đó: Ett là mô đuyn đàn hồi thực tế đo đƣợc, MPa; Eyc là mô đuyn đàn hồi yêu cầu theo lƣu lƣợng xe tính toán và cấp đƣờng, tại thời điểm đo, MPa. Xét riêng về hệ số này, kết cấu nền - mặt đƣờng mềm phải đảm bảo Kcđ1 ≥ 1. Không đảm bảo đƣợc điều kiện này thì mặt đƣờng sẽ sinh ra lún lõm, cục bộ hoặc theo vệt bánh xe. Hệ số cường độ của áo đường theo cường độ chống trượt: a Kcđ2 ; (2.2) a max Trong đó: [ a] là là ứng suất cắt (MPa) cho phép . a max là Ứng suất cắt lớn nhất thực tế tại điểm yếu nhất, của nền đất hoặc của lớp vật liệu kém khả năng chống cắt. Xét riêng về hệ số này, kết cấu nền - mặt đƣờng mềm phải đảm bảo Kcđ2 ≥ 1. Không đảm bảo đƣợc điều kiện này thì mặt đƣờng sẽ sinh ra trƣợt và xô dồn cục bộ _ mặt đƣờng sẽ lồi lõm _ hoặc bị chọc thủng nếu nhƣ các lớp ở dƣới không đủ cƣờng độ _ mặt đƣờng sẽ có ổ gà. Hệ số cường độ của áo đường theo cường độ chống kéo uốn: R u K cđ3 ; (2.3) u max Trong đó: Ru là là ứng suất kéo - uốn cho phép (MPa) của vật liệu trong lớp kiểm tra. Các lớp phải kiểm tra theo điều kiện này là lớp đƣợc coi là vật liệu liền khối; u max là ứng suất kéo - uốn lớn nhất (MPa) sinh ra ở tại đáy lớp vật kiệu kiểm tra, ứng với tải trọng tính toán. Xét riêng về hệ số này, kết cấu nền - mặt đƣờng mềm phải đảm bảo Kcđ2 ≥ 1.` Không đảm bảo đƣợc điều kiện này thì mặt đƣờng sẽ sinh ra nứt hoặc gãy, vỡ. Hệ số độ gồ ghề của mặt đường (hệ số phục vụ): Sgh K 4 ; (2.4) Stt Trong đó: Sgh là độ gồ ghề giới hạn, quy định cho từng loại mặt đƣờng, m/Km; 13
14. Stt là độ gồ ghề thực tế của mặt đƣờng, đƣợc đo bằng thiết bị, tại thời điểm kiểm tra. Xét riêng về hệ số này, mặt đƣờng đảm bảo K4 ≥ 1 thì tốt, đảm bảo xe chạy đƣợc vận tốc thiết kế. Không đảm bảo đƣợc điều kiện này thì mặt đƣờng đã bị nhiều dạng hƣ hỏng: Lở, bong tróc, v.v và vận tốc xe chạy thực tế đã nhỏ hơn tốc độ thiết kế đã yêu cầu. Hệ số bám tương đối của bánh xe với mặt đường: tt K5 ; (2.5) qđ Trong đó: tt là hệ số bám dọc thực tế của bánh xe với mặt đƣờng, đƣợc đo bằng thiết bị, tại thời điểm kiểm tra; qđ là hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đƣờng quy định phải đảm bảo, giá trị này lấy theo điều kiện đảm bảo an toàn chạy xe. Xét riêng về hệ số này, mặt đƣờng đảm bảo K5 ≥ 1; nếu không đảm bảo điều kiện này thì phải làm lại mặt đƣờng để phục hồi độ nhám yêu cầu hoặc phải có biện pháp nâng cao độ nhám. Hệ số hao mòn mặt đường: Hcf K6 ; (2.6) Htt Trong đó: Hcf là độ hao mòn cho phép của mặt đƣờng, (mm); giá trị này phải lấy theo quy định cho từng loại mặt đƣờng, nhƣ bảng 2.1; Bảng 2.1: Độ hao mòn cho phép tối đa của từng loại mặt đƣờng Độ hao mòn cho Loại mặt đƣờng phép (Ho,mm) Bê tông nhựa 10~20 Đá dăm hoặc sỏi sạn trộn nhựa, hoặc thấm nhập nhựa 30~40 Đá dăm nƣớc có cƣờng độ thích hợp 40~50 Cấp phối sỏi sạn 50~60 Htt là độ hao mòn thực tế ở mặt đƣờng tại thời điểm kiểm tra, (mm), đo đƣợc bằng công cụ thích hợp. Xét riêng về hệ số này, mặt đƣờng đảm bảo K6 > 1; nếu K6 = 1 thì phải làm lại lớp hao mòn trong tầng mặt đƣờng, trên lớp mặt chủ yếu. Cần phải trung tu đƣờng trở lên. Hệ số an toàn xe chạy: Ktncf K7 ; (2.7) Ktntt Trong đó: Ktn cf là hệ số tai nạn tổng hợp cho phép, giá trị của nó quy định tùy theo loại sửa chữa đƣờng nhƣ sau: Loại bảo dƣỡng - sửa chữa thƣờng xuyên, thì lấy: Ktn cf = 10~20; Loại trung tu thì lấy: Ktn cf = 21~30; Loại đại tu thì lấy: Ktn cf = 31~40; 14
15. Loại làm lại đƣờng thì lấy: Ktn cf > 40; Ktn tt là hệ số tai nạn tổng hợp thực tế, giá trị của nó đƣợc tính bằng tích của 15 hệ số tai nạn riêng phần: Kr1, Kr2, Kr3, , Kr15. Giá trị của từng hệ số tai nạn riêng phần, do ảnh hƣởng của từng yếu tố của điều kiện đƣờng đã đƣợc tổng kết và lập sẵn thành bảng. Bảng này có dẫn trong nhiều tài liệu hƣớng dẫn thiết kế đƣờng ô tô, hoặc đánh giá mức độ an toàn giao thông trên đƣờng. Nếu K7 ≥ 1 là tốt, nhƣng chọn mức độ sửa chữa đƣờng thuộc loại nào thì còn phải đem K7 đối chiếu với bảng quy định loại sửa chữa đƣờng cần áp dụng tùy theo trị số của K7. Các giá trị nói trên phải đƣợc xác định tại thời điểm điều tra. Hệ số lưu lượng xe chạy: Nqđ K8 ; (2.8) Ntt Trong đó: Nqđ là giá trị quy định lƣu lƣợng xe đã quy đổi về xe thiết kế (xe qđ/ng đêm). Giá trị này lấy theo cấp đƣờng của Tiêu chuẩn thiết kế áp dụng cho đoạn đƣờng đang sử dụng, tại thời điểm điều tra; Ntt là lƣu lƣợng xe quy đổi thực tế (xe qđ/ng đêm), xác định đƣợc bằng phƣơng pháp thống kê thích hợp, tại thời điểm điều tra. Xét riêng về hệ số này, phải đảm bảo K8 ≥ 1. Không đảm bảo đƣợc điều kiện này thì cần phải cải tạo hoặc nâng cấp đƣờng hoặc phải điều chỉnh cho xe chạy bớt sang tuyến khác. Kết luận: Yêu cầu đoạn đƣờng điều tra là cả 8 hệ số nói trên đều ≥ 1 đạt yêu cầu cho phép. Đối với mặt đƣờng cứng, cũng dùng 8 hệ số nói trên để đánh giá chất lƣợng khai thác của đƣờng, nhƣng các hệ số cƣờng độ phải đƣợc xác định theo các yếu tố đánh giá cƣờng độ của mặt đƣờng cứng. 2.2 CÁC BIẾN DẠNG, HƢ HỎNG CÁC BỘ PHẬN CỦA ĐƢỜNG (8-1) * 2.2.1. Các dạng hư hỏng thường gặp trên mặt đường mềm và nguyên nhân gây ra * 1. Hiện tượng cóc gặm Hình 2.1: Hình ảnh về sự hƣ hỏng "Cóc gặm" 15
16. Hiện tƣợng cóc gặm là hiện tƣợng hƣ hỏng kết cấu mặt đƣờng dọc theo mép đƣờng (hình 2.1). Các nguyên nhân chính: Lề đƣờng bị xói mòn, đặc biệt là khi lề thấp hơn mặt đƣờng tạo thành bậc; do nƣớc gây ra; đầm không kỹ ở hai bên lề của mặt đƣờng nhựa; đƣờng quá hẹp do vậy phƣơng tiện giao thông thƣờng phải đi lấn lên lề. Hậu quả: Mức độ hƣ hỏng sẽ tăng nhanh vào mùa mƣa; làm cho đƣờng hẹp sẽ gây nguy hiểm. 2. Hiện tượng nứt lớn, nứt nhỏ Nứt lớn là vết nứt có bề rộng > 5 mm. Các vết nứt lớn xuất hiện dƣới các dạng nứt dọc, nứt ngang, nứt hình Parabol, nứt chéo hoặc nứt ngoằn ngoèo. Các vết nứt rộng xuất hiện trên lớp vật liệu mặt là do quá tải, do vật liệu mỏi hoặc do cƣờng độ nền - mặt đƣờng kém. Các nguyên nhân chính: Chất lƣợng vật liệu kém; trình độ tay nghề kém; độ dày mặt đƣờng thiếu; hỗn hợp nhiều chất kết dính, mềm hoặc do độ liên kết kém giữa lớp mặt và lớp móng. Hậu quả: Giảm cục bộ hoặc toàn bộ chất lƣợng kết cấu mặt đƣờng. 3. Nứt lưới (hình 2.2) Nứt lƣới là một loạt các vết nứt đan xen nhau trên lớp mặt, đôi khi dạng nứt này tạo ra các hình đa giác lớn với các góc nhọn. Các nguyên nhân chính: Chất lƣợng vật liệu kém; trình độ tay nghề kém; độ Nöùt caù saáu Nöùt löôùi dày mặt đƣờng không đủ; các vết nứt lớn không Nöùt noái tieáp Nöùt hình chöõ nhaät đƣợc sửa chữa kịp thời. Hậu quả: Mất lớp mặt và sau đó ổ gà có thể phát Hình 2.2: Các dạng nứt lƣới triển tạo ra các điểm lún cục bộ và dẫn đến giảm chất lƣợng kết cấu mặt đƣờng. 4. Bong tróc a) b) Hình 2.3: a) Bong tróc mặt đƣờng chƣa xảy ra. b) Đã xảy ra bong tróc mặt đƣờng. Bong lớp láng mặt bị bong khỏi mặt đƣờng (hình 2.3), làm lộ ra lớp mặt đƣờng chủ yếu ở phía dƣới. Hiện tƣợng này xảy ra cục bộ không liên hoàn với nhau, tạo ra nhiều chỗ không có lớp bảo vệ và có cơ hội đọng nƣớc trên mặt đƣờng. Các nguyên nhân chính: Độ liên kết kém giữa lớp láng và lớp mặt đƣờng phía dƣới do dùng đá bẩn để láng mặt, hoặc chƣa vệ sinh tốt mặt đƣờng trƣớc khi láng mặt hoặc đá nhỏ chƣa đƣợc lèn sâu xuống mặt đƣờng, chất lƣợng trộn hoặc tay nghề kém, chất kết dính không đủ hoặc tƣới không đều. 16
17. Hậu quả: Bong dần lớp mặt. 5. Ổ gà nông (chiều sâu 50 mm) Định nghĩa: Những vết lõm nông, nhỏ, lẻ tẻ, hình chiếc bát (thƣờng có đƣờng kính < 1,0 m) có cạnh sắc và mép thẳng đứng. mất nhiều đá nhỏ ở lớp mặt, có thể lộ lớp móng trên và móng Hình 2.4: Hƣ hỏng mặt đƣờng dạng ổ gà dƣới (hình 2.4). Các nguyên nhân chính: Chất lƣợng vật liệu mặt đƣờng kém, thấm nƣớc, mất vật liệu hạt do giao thông gây ra, nứt lƣới hoặc các điểm lún không đƣợc sửa chữa kịp thời. Hậu quả: Sẽ phát triển thành ổ gà có diện tích rộng hơn và sâu xuống lớp dƣới. 6. Lún vệt bánh xe Lún vệt bánh xe là hiện tƣợng xảy ra vết lún dài trên mặt đƣờng dọc theo vệt bánh xe tác dụng nhiều. Các nguyên nhân chính: Cƣờng độ mặt đƣờng không thích hợp với lƣu lƣợng giao thông chạy trên đƣờng, tính không ổn định của lớp mặt nhựa, tải trọng trùng phục của xe cộ, nhiệt độ trên mặt đƣờng quá cao. Hậu quả: Nƣớc sẽ đọng, thấm xuống mặt đƣờng và sẽ làm tăng nhanh độ lún vệt bánh xe, dẫn đến tình trạng nứt nghiêm trọng mặt đƣờng và sau đó là vỡ mặt đƣờng. 7. Lún lõm cục bộ (chiều sâu từ 30 mm đến 120 mm hoặc hơn nữa) (hình 2.5) Định nghĩa: Diện tích mặt đƣờng bị lún lõm cục bộ, lẻ tẻ với kích Hình 2.5: Lún lõm cục bộ mặt đƣờng thƣớc hạn chế, thƣờng thấy dọc theo các vệt bánh xe. Có thể có vết nứt xung quanh hoặc không có. Các nguyên nhân chính: Do vật liệu lớp móng, mặt đƣờng hoặc nền đƣờng không đƣợc đầm chặt theo yêu cầu và có sự lèn xếp lại vật liệu trong quá trình xe chạy, cƣờng độ kết cấu mặt đƣờng không thích hợp, tính không ổn định của lớp mặt nhựa. Hậu quả: Mức độ lún lõm mặt sẽ tăng nhanh, liên tục trong mùa mƣa, làm đọng nƣớc trên mặt đƣờng và sẽ gây ra tình trạng mặt đƣờng bị vỡ nếu nhƣ nƣớc thấm xuống dƣới mặt đƣờng. Làm tăng độ xóc khi xe chạy, gây mất an toàn giao thông khi mật độ lún lõm mặt quá nhiều. 8. Hiện tượng hỏng lại miếng vá (hình 2.6) Hình 2.6: Các miếng vá trên mặt đƣờng mềm 17
18. Định nghĩa: Đây là các miếng vá nhằm sửa chữa nhỏ cục bộ lớp mặt để phục hồi chất lƣợng ban đầu, hoặc do xử lý đọng nƣớc ở mặt đƣờng,v.v nó phản ánh điều kiện trƣớc đó của đƣờng và bản thân nó cũng bị hƣ hỏng trở lại. Trong đánh giá trạng thái hƣ hỏng của mặt đƣờng, miếng vá cũng đƣợc tính đến. Các nguyên nhân chính: Phần diện tích nhỏ sửa chữa không đạt yêu cầu kỹ thuật. Hậu quả: Phần miếng vá dễ dàng trở nên hƣ hỏng toàn bộ và phát triển rộng và sâu thêm, có thể phát sinh lún, lồi lõm, bong tróc, phản ánh lại tình trạng đã xảy ra trƣớc đó. 9. Cao su mặt đường Định nghĩa: Diện tích mặt đƣờng bị biến dạng lớn và rạn nứt dƣới tác dụng của bánh xe. Khi có tải trọng xe thì lún võng xuống, khi xe đi qua lại đàn hồi trở lại gần nhƣ cũ. Kết cấu mặt đƣờng dần dần sẽ bị phá vỡ một phần hay hoàn toàn, đôi khi bùn đất và mặt nhựa bị trồi lên. Các nguyên nhân chính: Đất nền đƣờng yếu do trƣớc đây đầm lèn không đạt độ chặt yêu cầu, nƣớc ngầm hoạt động cao, kết cấu áo đƣờng mỏng không đủ khả năng chịu lực dƣới tác dụng của tải trọng xe (nhất là xe nặng), qua quá trình trùng phục dẫn đến kết cấu bị phá hoại. Hậu quả: Mức độ cao su sẽ tăng nhanh, liên tục trong mùa mƣa và sẽ gây ra tình trạng mặt đƣờng bị vỡ nếu nhƣ nƣớc thấm xuống mặt đƣờng, gây mất an toàn giao thông. 2.2.2. Các dạng hư hỏng trên mặt đường bê tông xi măng và nguyên nhân gây ra* 1. Vết nứt Vết nứt ngang (hình 2.7), do các nguyên nhân: Chiều dài phần không có cốt thép Veát nöùt ngang gia cƣờng quá lớn, thiếu bố trí cốt thép Raõnh caét gia cƣờng, mối nối không dịch chuyển tự do đƣợc, cắt mối nối quá muộn, mức độ cản trở cao tại mặt tiếp giáp tấm bản và móng, ăn mòn cốt thép do nƣớc muối xâm nhập và các mối nối trung bình đến rộng chƣa đƣợc lấp kín, tải trọng không đƣợc phân bố tại các mối nối. Hình 2.7: Vết nứt ngang do cắt mối nối Vết nứt dọc (hình 3.2), có thể do một số chậm nguyên nhân: Chiều rộng tấm bản quá lớn; trong thực tế thƣờng không bố trí nhiều tấm bản nằm ngang nhằm giảm số lƣợng mối nối dọc và vì vậy phải bố trí các vật liệu làm cốt, bình thƣờng thì thép là vật liệu đƣợc sử dụng bố trí nằm ngang dọc theo chiều dài tấm bản (hình 2.8). 375mm 375mm 12 Hình 2.8: Mối liên kết dọc 18
19. Vị trí khe tạo nứt đáy không chính xác (hình 2.10): đối với công trình mặt đƣờng thƣờng đƣợc tạo bởi hai hay nhiều tấm theo chiều rộng, phân chia bởi các mối nối dọc giống nhƣ khe co ngót, trong đó sự khác nhau chủ yếu là mối nối dọc có các thanh liên kết khác với các thanh truyền lực. Vị trí khe tạo nứt đáy đặt không đúng chỗ sẽ gây ra nứt uốn khúc ở lân cận mối nối dọc. Thanh goã cheøn bò nghieâng 10o Veát vôõ Hình 2.9: Tấm bê tông bị vỡ nông do khuôn rãnh đặt nghiêng, khe tạo nứt đáy không chính xác Móng đường không bằng phẳng theo chiều dọc do điều kiện thoát nƣớc không tốt gây nên sự biến đổi quá lớn độ ẩm và cƣờng độ của lớp nền đất phía dƣới. 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. Vết nứt chéo: Vết nứt chéo ít khi xuất hiện và nguyên nhân chủ yếu của nó là do chất lƣợng của lớp móng không đồng đều, tại một vị trí nào đó đƣợc xây dựng bằng vật liệu tốt hơn xung quanh. Vết nứt dẻo: Hiện tƣợng nứt dẻo hoàn toàn khác với các vết nứt nêu trên, nó có thể xuất hiện rất sớm ngay sau khi đầm nén bê tông, đôi khi dƣới 1 giờ, vết nứt dẻo thƣờng xuất hiện thành từng nhóm ngắn gần nhƣ song song với nhau và chếch với cạnh tấm. Nguyên nhân chính là do sự mất mát nhanh chóng độ ẩm trên bề mặt tấm bản và phần lớn xuất hiện trong những ngày nắng kết hợp với gió hanh khô. Việc bảo dƣỡng tốt bê tông sau khi đầm nén sẽ khắc phục đƣợc hiện tƣợng 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 đan đậy các hố ga trên mặt đƣờng. Nguyên nhân là do cấu tạo đơn giản hoặc do tấm bản chịu ứng suất cục bộ. 2. Miếng vỡ góc cạnh Vỡ nông: Các khe co ngót thi công ƣớt tạo khe, nếu đặt bằng các thanh gỗ chƣa qua xử Khuoân taïo khe noái treân maët lý thì nó sẽ hút nƣớc từ bê tông và gây ra ứng suất ở lân cận khe, để khắc phục Veát nöùt nên sử dụng các thanh bằng vật liệu dẻo để tạo chiều rộng khe. Mặt khác, nếu Veát vôõ saâu tạo khe lại để thanh chèn bị nghiêng theo phƣơng thẳng đứng từ 100 trở lên cũng gây nên hƣ hỏng loại này (hình Khuoân taïo khe nöùt ñaùy 2.9). Hình 2-10: Vỡ sâu do chỗ khe tạo nứt đáy Vỡ sâu (hình 2.10): Phát triển bên dƣới bị lệch chiều sâu của khe co ngót, thậm chí còn 19
20. dƣới cả thanh truyền lực, các nguyên nhân chính là: Khe giảm yếu ở đáy bị lệch so với khe trên mặt đƣờng. Thanh truyền lực bị lệch 3. Tấm bản bị lún và chuyển vị 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 dƣới, 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 đó thì nó nhanh chóng vồng về phía trên tạo ra một vùng áp lực thấp giữa tấm bản và lớp móng dƣới khiến cho vật liệu nằm dƣới tấm bản chuyển đến vị trí khác của mối nối. Sau nhiều lần xe qua lại, một khối lƣợng đáng kể vật liệu chuyển vị ngang qua mối nối làm “tạo bậc”. 2.2.3. Hư hỏng các bộ phận phụ của đường * Bao gồm các loại sau: 2.2.3.1. Cây cối lấn đường Hiện tƣợng cây cối lấn đƣờng là một hiện tƣợng tự nhiên, nó làm giảm rất nhiều tầm nhìn và vì thế mà làm giảm an toàn giao thông, nhất là trong các đoạn đƣờng cong. Cũng vì thế mà ngƣời lái xe bị ép đƣa xe vào phía trục đƣờng, gây nên hiện tƣợng mặt đƣờng bị mòn kiểu chữ W. Khi đƣờng đi qua rừng, cây mọc lấn đƣờng cả ở trong và ngoài rãnh thoát nƣớc làm giảm ánh sáng mặt trời và khó bốc hơi nƣớc, gây nhiều khó khăn cho giao thông trong và sau khi trời mƣa. Khi đƣờng có trồng cây ở hai bên đƣờng, cần phải theo dõi chặt chẽ sự phát triển của chúng, không để cỏ dại lấn vào hàng cây làm cho mục tiêu trồng cây bị mất đi (mỹ quan, an toàn, chắn nắng, chắn gió, ). Việc cây cối phát triển hỗn độn dọc tuyến đƣờng cần đƣợc theo dõi vì những lý do kỹ thuật (gây chƣớng ngại, làm giảm kích thƣớc thông xe) và an toàn (tầm nhìn, cành rơi). 2.2.3.2. Cát lấn đường Đây là hiện tƣợng gió thổi đƣa cát đến lấn đƣờng, một hiện tƣợng đặc thù của các đƣờng ở vùng duyên hải. Cát cũng có thể do mƣa lớn xói ùn xuống những đoạn đƣờng thấp. Cát có thể ngập cả mặt đƣờng gây mất an toàn giao thông, lấp mƣơng rãnh thoát nƣớc gây mất an toàn cho đƣờng. 2.2.3.3. Mái ta luy đường đắp bị xói mòn Hiện tƣợng này là hậu quả của việc nƣớc mƣa từ trên mặt và lề đƣờng chảy trút xuống mái ta luy, đặc biệt là hay xuất hiện ở các chỗ tiếp giáp với các tƣờng cánh hoặc tƣờng ôm phía sau các mố cầu, cống; các vị trí lõm trên đƣờng cong đứng quá hẹp. Nguyên nhân chủ yếu của hiện tƣợng này là để cho nƣớc tập trung vào một đoạn đƣờng hẹp rồi chảy trên mái ta luy đƣờng mà không đƣợc gia cố. Còn ở chỗ nền đƣờng nối với cầu cống là do tiêu nƣớc không tốt (không hạ thấp dần đáy rãnh dọc để cho nƣớc chảy thuận vào dòng chảy ngang đƣờng). 2.2.3.4. Mái ta luy nền đƣờng bị sụt lở Sụt lở có thể gây ra bởi: Độ dốc ta luy đƣờng đào hoặc đƣờng đắp quá đứng, đất lại kém dính kết; Tiêu nƣớc không tốt ở các triền đất bên trên; Có những lớp nƣớc treo hoặc xen trong các lớp đất. 2.2.3.5. Những tác nhân phá hoại khác và những trở ngại giao thông(con ngƣời, động vật ) 20
21. Ở các vùng đất rừng, cây bị đổ, bị gió làm đổ và trở ngại, thậm chí nguy hiểm nghiêm trọng cho giao thông. Rễ cây phát triển trong thân đƣờng có thể là một tác nhân phá hoại không đề phòng nổi. Các tác nhân gây trở ngại giao thông có thể là các loài vật: Một đàn vịt hàng mấy trăm con vƣợt ngang qua đƣờng làm bẩn mặt đƣờng, lề đƣờng và mái ta luy; loài mối làm tổ trong lề đƣờng, nền đƣờng hoặc các rãnh thoát nƣớc; loài cầy, cáo, chuột đào hang hốc để ở mà làm hỏng đƣờng. Các tác động của con ngƣời: Đào đất làm gạch, phơi đồ đạc, để vật liệu, v.v ở lề đƣờng, mái ta luy đƣờng và tràn ra mặt đƣờng, hoặc lấp rãnh thoát nƣớc để tiện lối đi, hoặc đắp mƣơng tát nƣớc, đào đƣờng đặt ống ngang qua mặt đƣờng rồi không sửa sang lại nghiêm chỉnh, tất cả các hoạt động nói trên đều làm ảnh hƣởng đến an toàn giao thông trên đƣờng. 2.2.4. Hư hỏng các thiết bị của đường * Các các thiết bị của đƣờng có mục đích đảm bảo an toàn giao thông nhƣ các cọc tiêu, biển báo hiệu, v.v đều có thể bị hƣ hỏng vì các tai nạn, bị kẻ xấu phá hoại, bị mòn vì sử dụng quá lâu hoặc vì tác động của lƣợng vận chuyển. Có thể phân chia ra các hƣ hỏng sau đây: 1. Hư hỏng các thiết bị tín hiệu dọc (cọc tiêu, biển báo hiệu) Những hƣ hỏng của cọc tiêu, biển báo hiệu là dễ sửa chữa khi chúng bị hƣ hại vì tai nạn hay kẻ xấu phá. Rất cần thiết phải sửa chữa ngay khi những hƣ hỏng này gây cản trở tác dụng bình thƣờng của chúng. 2. Hư hỏng các thiết bị phòng hộ (hình 2.10b) Hình 2.10b: Hƣ hỏng thiết bị gờ trƣợt kim loại. Các thiết bị phòng hộ gồm có các tƣờng chắn hoặc hàng rào, các gờ trƣợt trên các đƣờng đắp cao, các khung bảo hộ để giới hạn chiều cao của xe chui qua các gầm cầu, hoặc các cọc chắn ngang đối với các cầu có khẩu độ hẹp,.v.v. Các thiết bị này có thể bị hƣ hại vì các tai nạn giao thông và mức độ hƣ hại tùy thuộc vào cấu trúc, độ chắc chắn của thiết bị. 2.2.5. Hư hỏng các công trình tiêu nước và thoát nước* Các công trình thƣờng gặp bị hƣ hỏng nhƣ sau: 2.2.5.1. Xói lùi dần các rãnh thoát nước Đây là một bài toán luôn luôn đƣợc các nhà xây dựng đƣờng quan tâm. Hiện tƣợng xói này có nguyên nhân từ rãnh quá dài, quá dốc và (hoặc) tiết diện rãnh không đủ, nối tiếp thủy lực ở hạ lƣu bằng nƣớc nhảy ngập không đƣợc đảm bảo. Để khắc phục, cần rút ngắn khoảng cách giữa các cống tiêu nƣớc hoặc đảm bảo điều kiện gia cố chống xói cho rãnh. 21
22. 2.2.5.2. Lắng đọng đất, cát trong rãnh thoát nước Hiện tƣợng lắng đọng đất cát trong rãnh là biểu hiện của độ dốc dọc không đủ của các rãnh, hoặc rãnh bị tắc ở hạ lƣu. 2.2.5.3. Hư hỏng cống thoát nước và các công trình gia cố phối hợp với cống:* Các cống thoát nƣớc bao gồm cống tròn, cống bản, cống hộp, thƣờng hay bị: Cát lấp vì việc đặt cống đã tạo nên một đoạn bất thƣờng trên dòng chảy; Xói sâu vì không đảm bảo chống xói hoặc không đảm bảo chịu áp lực nƣớc; Xói sâu có thể dẫn đến sụt, vỡ và làm mất sân cống hạ lƣu, dễ phát triển hƣ hỏng các bộ phận khác; Tắc cống vì toàn bộ hoặc cục bộ bị cây cỏ, rác lấp vào, đất cát lắng đọng (hình 2.21); Trong mọi trƣờng hợp, việc trƣớc tiên phải làm là tìm nguyên nhân gây ra lấp tắc, lắng đọng hoặc xói lở và tiếp theo là sửa chữa ngay từ gốc. 2.2 XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC CỦA ĐƢỜNG (14-4+2) 2.2.1. Xác định độ phẳng của mặt đường: Có nhiều phƣơng pháp để xác định độ phẳng của mặt đƣờng: a. Nhóm phương pháp dùng thiết bị đo mặt cắt dọc Dùng thiết bị đo mặt cắt GMR (General Motor Roadmeter) (hình 2.11) Baêng töø soá Maùy ño gia toác Chöõ soá W - I Maùy ghi Thieát bò ño dòch chuyeån Maùy tính W Maët caét doïc ñöôøng Hình 2-11: Sơ đồ nguyên lý thiết bị GMR. Dùng thiết bị phân tích trắc dọc của mặt đường APL (Analyseur de profil en long) (hình 2.12). Khoái Xe keùo naëng Quaû laéc quaùn tính (2) Caàn mang baùnh xe (1) Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị APL 22
23. Dùng thiết bị đo mặt cắt kiểu không tiếp xúc (hình 2.13). OÁng caûm quang 2 cöïc Nguoàn saùng Thaáu kính tieáp nhaän Thaáu kính chieáu xa AÛnh cuûa vuøng chieáu saùng Vò trí beà maët maët ñöôøng Caùc vò trí xuaát hieän taùn xaï Hình 2.13: Sơ đồ thiết kế thiết bị truyền cảm di động kiểu không tiếp xúc. Dùng thước thẳng dài 3,0 m loại thông thường (hình 2.14) a) 3000mm 15mm b) 10mm 10mm 7mm 7mm 5mm 5mm 3mm 3mm 15mm 15mm Hình 2.14: a) Sơ đồ thƣớc dài 3,0 m; b) dụng cụ kèm theo. b. Dùng thiết bị đo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI. a. Khái niệm: IRI là một số đo được tính bằng m/Km của mặt cắt dọc đường trên một vệt bánh xe (đã được xác định biến dạng dọc), biểu thị phản ứng xóc của ô tô chuẩn “Golden car” khi xe chạy với tốc độ 80Km/h (22 m/s) với việc sử dụng mô hình mô phỏng 1/4 xe (Quarter - Car). Đơn vị đo của IRI là inch/mile hay m/Km. Việc đo và đánh giá độ bằng phẳng của mặt đƣờng theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI theo tiêu chuẩn 22TCN 277-01 b. Ưu nhược điểm: Ƣu điểm nổi bật của chỉ số IRI ở chỗ nó là một số đo ổn định theo thời gian và có thể chuyển đổi đƣợc với số đo trắc dọc tuyệt đối của đƣờng trên một vệt bánh xe. Việc sử dụng IRI trên toàn thế giới làm cho yếu tố hòa nhập giữa các nƣớc châu Âu, châu Mỹ và châu Á trở nên dễ dàng Trị số IRI có thể tìm đƣợc chính xác bằng cách dùng phƣơng pháp đo độ gồ ghề loại đo mặt cắt. 23
24. Các thiết bị đo có thể là Dipstick (hình 2.15), TRL Profile Beam, hoặc các loại thiết bị khác có tính năng tƣơng tự. Chỉ số IRI có giá trị trong khoảng từ 0 đến 20 (hình 2.16), IRI càng cao thì mặt đƣờng càng kém bằng phẳng. Hình 2.26: Thiết bị DIPSTICK IRI, (m/Km = mm/m) Toác ñoä ñaït ñöôïc (Km/h) 16 14 Haèn veät baùnh xe vì xoùi vaø bieán daïng saâu Maët ñöôøng ñaát 50 Km/h 12 Bieán daïng lieân tuïc thöôøng laø nheï nhöng cuõng coù khi saâu 10 60 Km/h Bieán daïng lieân tuïc Maët ñöôøng 8 nheï xuoáng caáp 6 Maët ñöôøng khoâng raûi nhöïa 80 Km/h Moät vaøi gôïn soùng treân baûo döôõng toát beà maët 4 Maët ñöôøng cuõ 100 Km/h 2 Maët ñöôøng môùi Ñöôøng saân bay, xa loä 0 Hình 2.27: Những giá trị thƣờng thấy của chỉ số IRI 2.2.2. Xác định năng lực chống trơn trượt (độ bám) của mặt đường. 1. Khái niệm Khả năng chống trơn trượt của mặt đường phản ánh tính năng sử dụng của mặt đường về mặt an toàn chạy xe. Khả năng chống trơn trượt của mặt đường có thể được đánh giá bằng cách thông qua điều tra phân tích các tai nạn trơn trượt, hoặc thông qua điều tra quan sát bề ngoài và thông qua việc đo các đặc trưng chống trơn trượt của bề mặt mặt đường trong điều kiện ẩm ướt nhưng sạch. Thông thƣờng hay dùng cách đo các đặc trƣng chống trơn trƣợt của bề mặt mặt đƣờng. 24
25. Độ nhám bề mặt của mặt đƣờng rất quan trọng để đảm bảo sức chống trƣợt của mặt đƣờng. Độ nhám bề mặt của đƣờng bao gồm 2 thành phần đóng góp vào khả năng chống trƣợt của mặt đƣờng: Độ nhám vi mô là độ nhám của bề mặt hạt đá, tức mức độ sần sùi của hạt đá, Độ nhám vĩ mô là độ nhám của toàn bộ mặt đƣờng. Xem hình 2.17. Ñoä nhaùm vi moâ Ñoä nhaùm vó moâ (Ñoä nhaùm beà maët (Ñoä nhaùm cuûa toaøn cuûa haït ñaù) boä maët ñöôøng) Hình 2.17: Độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô 2. Các phương pháp xác định năng lực chống trơn trượt của mặt đường a. Nhóm phương pháp đánh giá theo cấu trúc nhám của mặt đường Phương pháp Rắc cát : Theo quy trình 22 TCN 278-01, Nguyên lý đo nhƣ sau: Dùng một lƣợng cát có thể tích V = 25000mm3, cỡ hạt 0,15 ~ 0,30mm khô sạch đựng trong một hộp hình trụ kim loại (đƣờng kính trong 20mm, chiều cao 79,5mm) có đáy, đƣợc đổ ra trên mặt đƣờng khô ráo, đã quét sạch bằng chổi mềm. Dùng một bàn xoa dạng đĩa dẹt hình tròn (đƣờng kính 65mm) mặt đáy bằng cao su xoa cát theo một chiều dạng vòng tròn nhằm san bằng cát, sao cho tạo thành một vệt hình tròn đến đƣờng kính lớn nhất d để lấp đầy cát vào các lỗ của bề mặt mặt đƣờng đến mức ngang bằng với đá. Dùng thƣớc dài đo 2 đƣờng kính vệt cát vuông góc với nhau. Hình 2.18: Thí nghiệm rắc cát Độ nhám bề mặt biểu thị bằng giá trị chiều sâu cát trung bình htbi đƣợc tính nhƣ sau: 4 V h , (mm), (2.9) tbi d 2 Trong đó: htbi chiều sâu cát trung bình (mm) lấy đến 2 chữ số thập phân tại vị trí đo thứ i V=25000mm3: Thể tích cát . 25
26. d : Đƣờng kính trung bình vòng tròn cát, mm. Trên đoạn đƣờng tƣơng đối đồng nhất về độ nhám, cần phai đo nhiều vị trí theo quy định trong quy trình 22 TCN 278-01 Độ nhám của mặt đƣờng (đối với mặt đƣờng nhựa các loại) khi xe chạy đƣợc đánh giá bằng hệ số mức độ bám của mặt đƣờng Kbám, xác định gián tiếp bằng chiều sâu trung bình của vệt cát: Kbám=httế/hqđ Trong đó: httế: chiều sâu trung bình của nhiều giá trị chiều sâu cát trong các kẻ đá trên mặt đƣờng tại nhiều điểm đo, xác định bằng phƣơng pháp rắc cát (hình 2.18) hqđ: chiều sâu quy định của vệt cát, lấy theo quy trình 22 TCN 278-01 Giá trị hệ số mức độ bám của mặt đƣờng Kbám, đƣợc đối chiếu với Tiêu chuẩn quy định (bảng 2.2) để đánh giá tình trạng mặt đƣờng. Bảng 2.2: Chiều sâu cát quy định, lấy theo quy trình 22 TCN 278-01 Mức độ bám (Kbám) Đặc trƣng độ Phạm vi áp dụng nhám bề mặt Kbám 120 Km / giờ Kbám > 1.20 Rất thô Đƣờng qua nơi địa hình đi lại khó khăn, nguy hiểm (đƣờng vòng, quanh co, đƣờng cong có bán kính 5%, chiều dài dốc > 100 mét, ) Ưu điểm: Đơn giản, thiết bị không phức tạp Nhược điểm: Năng suất thấp, kết quả phụ thuộc vào thao tác của ngƣời thí nghiệm, khó làm đối với mặt đƣờng ít nhám. Phương pháp dùng thiết bị đo cấu trúc bề mặt MTM (Mini Texture Meter) Là thiết bị đo liên tục giá trị “chiều sâu” mặt đƣờng trên cơ sở công nghệ Laser (hình 2.19) nhằm khắc phục các nhƣợc điểm của phƣơng pháp “Rắc cát” . 26
27. OÁng caûm quang 2 cöïc Nguoàn saùng Thaáu kính tieáp nhaän Thaáu kính chieáu xa AÛnh cuûa vuøng chieáu saùng Vò trí beà maët maët ñöôøng Caùc vò trí xuaát hieän taùn xaï Hình 2.19: Nguyên lý đo chiều sâu cấu trúc (độ nhám vĩ mô bằng thiết bị laze). b. Nhóm phương pháp đánh giá theo hệ số sức cản ma sát của mặt đường Phương pháp đo cự ly hãm xe. Phương pháp hãm bánh xe rơ moóc kéo theo. Phương pháp dùng rơ moóc kéo theo có bánh chuyển động lệch (hình 2.21): Löïc beân Löïc keùo Baùnh xe thí nghieäm phaùt sinh chuyeån ñoäng Choã keùo Thieát bò ghi cöï ly Löïc keùo o Thieát bò ghi 15 taûi troïng Baùnh ghi Löïc keùo Löïc keùo phaùt sinh Baùnh thí nghieäm coá ñònh Phun nöôùc Löïc beân Hình 2.21: Rơ moóc kéo theo có bánh chuyển động lệch. Phương pháp xác định sức chống trượt bề mặt mặt đường bằng “Con lắc Anh” (British Pendulum Tester)(hình 2.20) Trên hình 2.32 giới thiệu sơ đồ cấu tạo thiết bị kiểu chùy lắc, có các bộ phận: A - Cánh tay đòn cố định;C - Cánh tay đòn lên xuống;E - Nắp vít chuyển hƣớng; F - Vít lớn để điều chỉnh lò xo kim;G - Tấm lò xo kim;H - Kim chỉ thị; I - Vít lớn liên tục;J - Vít điều chỉnh nằm ngang;K - Chân đế;L - Khối đệm; M - Bọt thủy chuẩn;Q - Khối lƣợng chùy cân bằng;S - Khối trƣợt;T - Mảng cao su. 27
28. G A Q M Hình 2.20: Thiết bị kiểu chùy lắc Anh Thử nghiệm con lắc Anh là một thử nghiệm kiểu tác động động lực, đƣợc sử dụng để đo lƣờng sự mất mát năng lƣợng khi một cạnh thanh trƣợt cao su đƣợc va chạm vào bề mặt đƣờng. Một mảng cao su đƣợc gắn vào phần cuối thanh trƣợt của con lắc Thả con lắc rơi xuống mặt đƣờng Đọc trị số kim chỉ thị c. Phương pháp dùng chỉ số sức chống trượt quốc tế IFI (Intemational Friction Index). Khái niệm chỉ số IFI IFI là thƣớc đo chuẩn trong kiểm tra đánh giá chất lƣợng sức chống trƣợt mặt đuờng đƣợc khuyến nghị áp dụng rộng rãi trên thế giới trên cơ sở các phƣơng pháp đo sức chống trƣợt và các phƣơng pháp đo thuộc tính độ nhám thô mặt đƣờng khác nhau hiện có của các nƣớc. IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám thô mặt đƣờng, sức chống trƣợt mặt đƣờng và tốc độ thí nghiệm. Chỉ số IFI cho phép điều chỉnh việc đo sức chống trƣợt bằng các thiết bị khác nhau về cùng một chỉ số chung. Chỉ số IFI bao gồm 2 thành phần: - Hệ số ma sát- Friction Number (F60) là giá trị sức kháng trƣợt của bánh xe hãm cứng tại tốc độ 60 Km/h. 28
29. - Hằng số tốc độ - Speed Number (Sp), đơn vị đo là Km/h. Sp thể hiện sự phụ thuộc của ma sát ƣớt vào tốc độ trƣợt của lốp xe thí nghiệm và độ nhám vĩ mô. Giá trị Sp thấp chỉ ra sự nhạy cảm lớn với tốc độ trƣợt. Xác định F60 và SP bằng công thức sau: S 60 Sp F60 A B FRS e C TX (2.10) Sp=a+b.TX, (km/h) (2.11) Trong đó: FRS là trị số sức chống trƣợt của thiết bị đo với tốc độ trƣợt S (km/h) A,B và C là các Hệ số hồi quy, trị số của chúng đƣợc xác định cụ thể cho mỗi loại thiết bị đo đã đƣợc dùng trong các thử nghiệm của hiệp hội đƣờng ô tô quốc tế PIARC Trị số C=0 nếu thí nghiệm với lốp xe mòn nhẵn, và tích số C.TX sẽ có trị số cụ thể nếu lốp xe còn gân hoa văn bởi khi đó dạng lốp này ít bị ảnh hƣởng của độ nhám vĩ mô. TX (mm) là độ nhám vĩ mô của mặt đƣờng, là trị số chiều sâu mặt cắt trung bình MPD (xác định theo quy trình ASTM E1845) hay trị số chiều sâu rắc cát trung bình MTD (xác định theo phƣơng pháp ASTM E965) a và b là các hệ số hồi quy đƣợc xác định cụ thể theo phƣơng pháp xác định độ nhám vĩ mô mặt đƣờng (TX), Trị số a và b cho ở bảng 2.3 Bảng 2.3: Tri số a và b để tính Sp TX a b chiều sâu mặt cắt trung bình MPD (xác định theo quy trình 14,2 89,7 ASTM E1845) chiều sâu rắc cát trung bình MTD (xác định theo phƣơng -11,6 113,6 pháp ASTM E965) Khi chỉ số IFI (hay F60 và Sp) đƣợc xác định thì sức chống trƣợt bề mặt mặt đƣờng ƣớt (FRS) có thể tính toán tại tốc độ trƣợt bất kỳ (S) theo phƣơng trình: F60 A FRS S 60 B e Sp Trong đó: FRS: là trị số sức chống trƣợt với tốc độ trƣợt S (km/h) F60 là sức chống trƣợt của bánh xe nhẵn hãm cứng tại tốc độ 60km/h S (km/h) là tốc độ trƣợt khi thí nghiệm. Sp là hằng số tốc độ (km/h) Chỉ số IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám thô mặt đƣờng, sức chống trƣợt mặt đƣờng và tốc độ thí nghiệm khi đo sức chống trƣợt, IFI là hàm số của hai đại lƣợng: cấu tạo vĩ mô bề mặt mặt đƣờng và sức chống trƣợt mặt đƣờng. Hai thông số của IFI là F60 và Sp đƣợc coi là các thông số dự đoán đáng tin cậy về sự phụ thuộc của lực ma sát của mặt đƣờng ƣớt với tốc độ của phƣơng tiện khi trƣợt và độ nhám vĩ mô. Các thông số của IFI là F60 và Sp đƣợc dùng để tính toán lực ma sát chuẩn ở tốc độ trƣợt khác bằng việc dùng phƣơng trình chuyển đổi. Tầm quan trọng của phƣơng trình IFI là ở chỗ đo đƣợc lực ma sát bằng một thiết bị mà nó không bị phụ thuộc vào tốc độ khi thí nghiệm. Lực ma sát có thể đƣợc đo ở một vài tốc độ trƣợt S và luôn đƣợc điều chỉnh để đạt đƣợc lực ma sát chuẩn ở tốc 29
30. độ 60km/h. Do đó, nếu thiết bị không thể duy trì đƣợc tốc độ vận hành thông thƣờng và phải chạy ở tốc độ cao hơn hoặc thấp hơn do các phƣơng tiện giao thông trên đƣờng thì mô hình vẫn đảm bảo độ tin cậy +Cách đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng theo chỉ số IFI trong quản lý khai thác đƣờng: Tƣơng ứng với mỗi cấp đƣờng sẽ có trị số sức chống trƣợt yêu cầu và trị số tốc độ xe chạy khai thác cụ thể, nghĩa là có trị số F60* và Sp* yêu cầu, tức là chỉ số IFI* yêu cầu đƣợc xác định. Cách đánh giá theo chỉ số IFI trong quản lý mặt đường Thông qua các phƣơng trình 2.10 và 2.11, tính toán giá trị của: * F60 A FRSmin S 60 * B e Sp Sp* a và: TX min b Từ hai thông số này, ta sẽ vẽ đƣợc biểu đồ cấp độ quản lý mặt đƣờng thông qua chỉ số IFI. Tiến hành đo xác định trị số IFI (F60, Sp) thực tế của đoạn đƣờng. So sánh IFI (F60, Sp) thực tế và IFI* (F60* và Sp*) yêu cầu để đánh giá khả năng hiện có của đƣờng về IFI và đề ra các giải pháp khắc phục nếu không đủ. Một ví dụ về biểu đồ quản lý mặt đƣờng đƣợc minh họa ở hình 2.22: Ngƣời ta chia làm 4 vùng tƣơng ứng với cấp độ khai thác của mặt đƣờng (hình 2.22), cụ thể là các vùng: 1,0 II I 0,9 t t FRS ợ 0,8 Tăng độ nhám vĩ mô III Tốt ng trƣ ng 0,7 ố Sp = Sp * 0,6 c c ch F60 = F60 * ứ s 0,5 ị Tăng độ nhám vĩ mô 0,4 và vi mô IV Giá Giá tr 0,3 Tăng độ nhám vi mô 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Cấu tạo (MPD - MTD ) TX Hình 2.22: Biểu đồ ứng dụng chỉ số IFI trong quản lý mặt đƣờng Vùng I: Tốt, giá trị độ nhám vĩ mô và giá trị sức chống trƣợt tốt, F60 lớn hơn giá trị F60* và TX>TXmin; (TX (mm) là tham số cấu tạo vĩ mô mặt đƣờng; là giá trị trung bình rắc cát hay giá trị cấu tạo trung bình Laser). Vùng II: Cần làm tăng độ nhám vĩ mô: Giá trị sức chống trƣợt F60 đảm bảo nhƣng độ nhám vĩ mô TX chƣa đạt; Vùng III: Cần làm tăng độ nhám vĩ mô và vi mô: Cả giá trị sức chống trƣợt và độ nhám đều không đạt; Vùng IV: Cần làm tăng độ nhám vi mô: Giá trị cấu tạo đảm bảo, nhƣng sức chống trƣợt chƣa đảm bảo, cần có giải pháp tăng độ nhám vi mô. Chỉ số IFI đƣợc xác định trên cơ sở xác định sức chống trƣợt mặt đƣờng và độ nhám vĩ mô mặt đƣờng. Chỉ có những thiết bị đã đƣợc định chuẩn theo PIARC mới có khả năng chuyển đổi về IFI. Các thiết bị chuẩn này đƣợc quy định trong quy trình 30
31. "Standard Practice for Calculating International Friction Index of Pavement Surface- ASTM E1960-98". Để phục vụ cho việc xác định IFI, có thể sử dụng các loại thiết bị: Thiết bị đo sức chống trƣợt mặt đƣờng: thiết bị con lắc Anh là loại đã đƣợc định chuẩn theo ASTM E1960-98. Thiết bị đo độ nhám vĩ mô: Thiết bị Laser là loại đã đƣợc định chuẩn theo ASTM E1960-98. 2.2.3. Các phương pháp đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu mặt đường: 2.2.3.1. Nhóm phương pháp phá hoại kết cấu: Theo phƣơng pháp này, ngƣời ta tiến hành khoan lấy mẫu trong các lớp kết cấu của áo đƣờng rồi thông qua các thí nghiệm trong phòng để xác định các thông số tính toán, từ đó dự báo năng lực chịu tải của kết cấu. Do không thể lấy quá nhiều mẫu trên mặt đƣờng nên các thông số phản ánh tình trạng mặt đƣờng thông qua các thí nghiệm thƣờng mang tính cục bộ nhất định. 2.2.3.2. Nhóm phương pháp đánh giá không phá hoại kết cấu: a. Thiết bị đo độ võng ở trạng thái tĩnh Thiết bị này đo độ võng đàn hồi hoặc đo tổng độ võng ở bề mặt mặt đƣờng dƣới bánh xe chuyển động chậm. Thiết bị thƣờng dùng nhất là cần đo kiểu Benkenman (hình 2.34). Theo Quy trình thử nghiệm xác định MĐĐH chung của áo đƣờng mềm bằng cần đo võng Benkenman 22 TCN 251-98, các bƣớc tiến hành thử nghiệm nhƣ sau: Công tác chuẩn bị: * Chuẩn bị số lượng điểm đo: Các điểm đo rải đều trên toàn tuyến với mật độ điểm đo 20 điểm/1Km, ở những chỗ đặc biệt yếu mật độ có thể lớn hơn. 375 cm Caàn ño 150 cm Truïc quay Truïc cuûa caàn ño caàn cuûa chænh ñöôïc chænh Chaân keùp treân keùp Chaân ñieàu vít ñinh Ñeá coá ñònh coá Ñeá thieân phaân keá phaân thieân Thieân phaân keá (ño keá phaân Thieân ñöôïc 1/100mm) ñöôïc baùnh xe (thöû ñoäng) (thöû xe baùnh Vò trí ban ñaàu cuûa ñaàu ban trí Vò vít ñieàu chænh ñöôïc chænh ñieàu vít Chaân keùp treân ñinh treân keùp Chaân Ñieåm ño vò trí ban trí vò ño Ñieåm ñaàu cuûa baùnh xe baùnh cuûa ñaàu (thöû tónh) (thöû Caàn ño Hình 2.23: Sơ đồ cần Benkenman 31
32. Chuẩn bị vị trí các điểm đo: Các điểm đo võng thƣờng đƣợc bố trí ở vệt bánh xe phía ngoài (cách mép mặt đƣờng 0,6 ~ 1,2m) là nơi thông thƣờng có độ võng cao hơn các vệt bánh phía trong. Nếu quan sát bằng mắt thấy: Lúc ở vệt bánh xe phía trong, lúc lại ở vệt bánh xe phía ngoài mặt đƣờng có tình trạng xấu hơn, thì khi đó sẽ phải dùng 2 cần đo võng đo cùng một lúc ở cả hai vệt bánh xe để lấy trị số lớn hơn làm giá trị độ võng đại diện cho mặt cắt của làn xe đo. Với đƣờng có nhiều làn xe, khi quan sát bằng mắt thấy tình trạng mặt đƣờng trên các làn xe có khác nhau, phải đo võng cho làn yếu nhất. Trị số đo ở mỗi vị trí của làn đó sẽ đại diện cho độ võng tại mặt cắt ngang của đƣờng. Điểm thứ nhất và điểm đo thứ 20 nên lấy trùng vào mặt cắt lý trình (cột Km hay các cọc H) Chuẩn bị cần đo võng: Trƣớc mỗi ca làm việc phải kiểm tra độ chính xác của cần đo bằng cách đối chiếu kết quả đo chuyển vị thẳng đứng trực tiếp ở mũi đo đầu cần với kết quả đo chuyển vị thẳng đứng ở cuối cánh tay đòn phía sau cần đo (có xét đến tỷ lệ cánh tay đòn cần đo). Nếu kết quả sai khác nhau quá 5% thì phải kiểm tra lại các liên kết ở các mối nối, khớp quay và mức độ trơn nhậy của cần đo. Chuẩn bị xe đo: Xe dùng để thí nghiệm có trục sau là trục đơn, bánh đôi với khe hở tối thiểu giữa hai bánh đôi là 5 cm. Các thông số của trục sau xe thí nghiệm chỉ đƣợc sai lệch 5% so với tiêu chuẩn quy định ở bảng 2.4. Bảng 2.4: Các thông số của trục sau xe đo tiêu chuẩn Chỉ tiêu Tiêu chuẩn quy định - Trọng lƣợng trục Q = 10.000 daN=10tấn - Áp lực bánh xe xuống mặt đƣờng p = 6,0 daN/cm2=0,6Mpa - Đƣờng kính tƣơng đƣơng của vệt bánh đôi D = 33 cm 32
33. Xe phải đảm bảo chất tải đối xứng, cân bằng, không bị thay đổi vị trí và giữ nguyên tải trọng không thay đổi trong suốt quá trình thí nghiệm (cần có bạt che để vật chất tải không bị nƣớc mƣa thấm ƣớt), xe phải đƣợc cân trục trƣớc khi thí nghiệm, áp lực hơi trong bánh xe không đổi trong suốt quá trình đo. Trƣớc mỗi đợt đo, phải kiểm tra lại diện tích tiếp xúc của vệt bánh đôi Sb bằng cách kích trục sau xe lên, bôi mỡ vào lốp và quay phần lốp xe có bôi mỡ xuống phía dưới, đặt tờ giấy kẻ ly vào khu vực lốp và hạ kích, sau đó lại kích trục sau lên để rút tờ giấy kẻ ly ra và xác định diện tích phần có mỡ trên giấy (chính là diện tích tiếp xúc). Đường kính tƣơng đƣơng của vệt bánh xe đo Db tính nhƣ sau: 4Sb Db = = 1,13. S b , cm (2.10) Áp lực bánh xe trên vệt tiếp xúc: Q 2 Pb = , daN/cm (2.11) 2Sb Trong đó: Q - trọng lượng trục sau của xe đo (xác định bằng cân trục xe). Đo độ võng mặt đường dọc tuyến: * Trình tự đo độ võng đàn hồi của mặt đƣờng: Cho xe đo tiến vào vị trí đo võng; đặt đầu đo của cần tỳ lên mặt đƣờng ở giữa khe hở của cặp bánh đôi trục sau xe đo; theo dõi kim chuyển vị kế cho tới khi độ võng ổn định (trong 10 giây không chuyển dịch quá 0,01 mm) thì ghi lấy trị số đọc ban đầu ở chuyển vị kế n0. Cho xe đo chạy lên phía trước đến khi trục sau của xe đo cách điểm đo ít nhất 5m; gõ nhẹ lên đuôi cần để kiểm tra độ nhậy của chuyển vị kế và theo dõi cho đến khi độ võng ổn định, ghi lấy trị số đọc cuối ở chuyển vị kế nS. Hiệu số của hai trị số đọc ở chuyển vị kế nhân với tỷ số truyền của cần đo (k) là trị số độ võng đàn hồi của mặt đƣờng tại điểm đo. Với vị trí thử nghiệm thứ i, có: Li = k(n0i – nsi). (2.12) Phải ghi rõ lý trình điểm đo, điều kiện gây ẩm, tình trạng mặt đƣờng (bằng phẳng, nứt nẻ, lún lõm, bong bật, ) tại điểm đo. Không đo tại các điểm quá xấu (cao su, lún nứt, không đại diện cho khu vực cần đo, các điểm này cần ghi lại để xử lý cao su, ổ gà, ). Không nên đo võng vào khoảng thời gian nhiệt độ mặt đƣờng lớn hơn 40 0C. 33
34. Phải đo nhiệt độ của mặt đƣờng để điều chỉnh kết quả đo võng về nhiệt độ tính toán sau này, khoảng 1 giờ đo một lần trong suốt thời gian đo võng dọc tuyến. Việc đo nhiệt độ mặt đường chỉ yêu cầu thực hiện đối với đƣờng có lớp mặt phủ nhựa chiều dầy 5cm. Cách đo nhiệt độ nhƣ sau: Dùng búa và đục nhọn tạo thành một lỗ nhỏ đường kính khoảng 3 ~ 5 cm sâu khoảng 4 cm ở mặt đƣờng gần vị trí đo, sau đó đổ nước hay glyxerin vào lỗ và chờ vài phút, dùng nhiệt kế đo nhiệt độ chất lỏng trong lỗ chờ cho đến khi nhiệt độ không đổi thì ghi trị số nhiệt độ đo T0C. Xử lý kết quả đo độ võng: Xác định độ võng tính toán Trƣớc hết cần phải xác định các hệ số: Kq - Hệ số điều chỉnh tải trọng kết quả đo theo các thông số trục sau xe đo võng về kết quả của trục sau xe ô tô tiêu chuẩn: 1,5 pb.Db Kq = (2.13) p.D1,5 Km - Hệ số điều chỉnh độ võng đàn hồi khi đo về độ võng đàn hồi ở mùa bất lợi nhất trong năm, có thể tham khảo bảng 2.5. Bảng 2.5: Hệ số chuyển đổi mùa Km đối với vùng đồng bằng miền Bắc Tình trạng bề mặt của đƣờng Mùa đo Tháng đo Hệ số Km Xuân 2 - 5 1,06 Mặt đƣờng kín, Hè - Thu 6 ~ 9 1,00 không bị rạn nứt Đông 10 ~ 1 1,14 Xuân 2 ~ 5 1,18 Mặt đƣờng đã rạn nứt, Hè - Thu 6 ~ 9 1,00 bị thấm nƣớc Đông 10 ~ 1 1,47 KT - Hệ số điều chỉnh độ võng đàn hồi ở nhiệt độ đo về độ võng đàn hồi ở nhiệt độ tính toán. 1 K = (2.14) T T A 1 1 30 Với A tùy thuộc vào tính ổn định nhiệt của bề dày lớp sử dụng nhựa: Bê tông nhựa chặt có bột đá lấy A = 0,35; bê tông nhựa không có bột đá hoặc lớp đá dăm thấm nhập nhựa lấy A = 0,30. Độ võng tính toán tại vị trí thử nghiệm thứ i đại diện cho mặt cắt ngang của mặt đƣờng đƣợc xác định theo công thức: L i tt = Kq. Km.KT. Li; (2.15) Trong đó: Li – Độ võng của mặt đƣờng đo đƣợc tại vị trí thử nghiệm thứ i (mm) xác định theo công thức (2.12), chƣa chuyển về điều kiện tiêu chuẩn: Xe tiêu chuẩn, mùa bất lợi và nhiệt độ của mặt đƣờng là nhiệt độ tính toán. Khi không có điều kiện theo dõi quy luật thay đổi độ võng theo mùa và nhiệt độ, đƣợc phép sử dụng hệ số chuyển đổi mùa (Km) và chuyển đổi nhiệt độ (KT) từ các con đƣờng có các điều kiện tƣơng tự hoặc tham khảo nghiên cứu của đề tài KC10-05 (phụ lục 1 của 22 TCN 251-98). Kết quả chuyển đổi độ võng đo đƣợc tại vị trí thử nghiệm (Li) về độ võng tính toán tại vị trí thử nghiệm (L i tt) đƣợc ghi vào mẫu biểu quy định. 34
35. Loại bỏ các sai số thô Sau khi đã xác định đƣợc độ võng tính toán của các điểm đo (Li tt), cần phải loại bỏ sai số thô ra khỏi tập hợp các giá trị thu thập đƣợc trên từng đoạn đƣờng theo các tiêu chuẩn loại trừ quan sát cực trị của lý thuyết xác suất thống kê. (Tham khảo Tiêu chuẩn loại trừ quan sát cực trị - phụ lục 2 của 22 TCN 251-98). Xác định độ võng đàn hồi đặc trƣng cho từng đoạn đƣờng thí nghiệm Trị số độ võng đàn hồi đặc trƣng của từng đoạn đƣờng thử nghiệm đƣợc xác định bằng công thức: Lđtr = LTB + K. (2.16) Trong đó: LTB - Độ võng đàn hồi trung bình của đoạn thử nghiệm, mm: n TT Li L = 1 (2.17) TB n - Độ lệch bình phƣơng trung bình của đoạn thử nghiệm: 1 2 = L L (2.18) n 1 i tt TB K - Hệ số xác suất bảo đảm, lấy tùy thuộc vào cấp hạng đƣờng và kết quả đo (bảng 2.5): - Đƣờng cao tốc, đƣờng cấp I, đƣờng trục chính toàn thành của đô thị K = 2,0; - Đƣờng cấp II, đƣờng chính khu vực của đô thị K = 1,64; - Đƣờng cấp III; K = 1,30; - Đƣờng cấp IV, đƣờng phố của đô thị K = 1,04. Bảng 2.6: Hệ số xác suất bảo đảm, lấy tùy thuộc vào kết quả đo. Hệ số K 0 1,13 1,04 1,30 1,64 2,00 TL phần trăm giá trị độ võng lớn hơn giá trị độ võng 50 35 15 10 5 2,5 đặc trƣng (%) Xác định môđun đàn hồi đặc trƣng cho từng đoạn đƣờng thí nghiệm Trị số môđun đàn hồi đặc trƣng của từng đoạn đƣờng thử nghiệm xác định theo công thức: 2 p.D.1 2 E đtr = 0,693. , daN/cm (2.19) Lđtr Trong đó: p - Áp lực bánh xe tiêu chuẩn xuống mặt đƣờng, p = 6 daN/cm2; D - Đƣờng kính tƣơng đƣơng của diện tích vệt bánh xe tiêu chuẩn, D = 33 cm; - Hệ số Poisson, = 0,30; L đtr - Độ võng đàn hồi đặc trƣng của đoạn đƣờng thử nghiệm. Ở nƣớc ngoài phổ biến dùng loại cần đo Benkenman tự động nhƣ cần TRRL của Anh, xe đo độ võng LACROIX - LCPC của Pháp (hình 2.24). 35
36. Hai cần đo song Khớp quay song song q/2 Hộp điện tử chuyển đổi tín hiệu đo Hình 2.24: Sơ đồ xe đo độ võng LACROIX Các loại cần này có thể tiến hành liên tục, cứ cách một cự ly nhất định lại đo độ võng một lần. b. Phương pháp đo độ võng đàn hồi bằng thiết bị FWD (Falling Weight Deflectormeter) FWD là một thiết bị đo võng kiểu xung lực (hình 2.25). Mét khèi t¶i träng Q r¬i tõ ®é cao quy ®Þnh H xuèng mét tÊm Ðp ®•êng kÝnh D, th«ng qua bé phËn gi¶m chÊn g©y ra mét xung lùc x¸c ®Þnh t¸c dông lªn mÆt ®•êng. BiÕn d¹ng (®é vâng) cña mÆt ®•êng ë t©m tÊm Ðp vµ ë c¸c vÞ trÝ c¸ch tÊm Ðp mét kho¶ng quy ®Þnh sÏ ®•îc c¸c ®Çu c¶m biÕn ®o vâng, phÇn mÒm chuyªn dông ghi l¹i vµo m¸y tÝnh: C¸c sè liÖu ®o ®•îc nh•: xung lùc t¸c dông lªn mÆt ®•êng th«ng qua tÊm Ðp, ¸p lùc t¸c dông lªn mÆt ®•êng (b»ng gi¸ trÞ xung lùc chia cho diÖn tÝch tÊm Ðp), ®é vâng mÆt ®•êng ë c¸c vÞ trÝ quy ®Þnh (do c¸c ®Çu c¶m biÕn ®o vâng ghi l¹i) lµ c¬ së ®Ó x¸c ®Þnh c•êng ®é kÕt cÊu mÆt ®•êng. 36
37. 4,30 m Ăc quy Hộp nối dây 1 cáp 1,30m 4 3 Các đầu đo độ Dầm mang Bánh xe trƣớc Vật rơi võng các đầu đo 5 5 6 6 Hình 2.25: Sơ đồ máy ghi độ võng dùng vật rơi chấn động. 2 2 D 2 D Hình 2.34: Các thiết bị đo độ võng đàn hồi bằng tấm ép c. Phương pháp đo độ võng đàn hồi bằng tấm ép dưới tác dụng của tải trọng tĩnh Hiện nay phƣơng pháp này rất ít dùng trên công trƣờng, mà chỉ dùng để lấy số liệu phục vụ cho nghiên cứu khoa học. Các bƣớc tiến hành nhƣ sau: Chuẩn bị thiết bị dụng cụ (hình 2.26): * Xe ô tô để tạo tải trọng, là xe tải (1) khung dài hoặc ghép hai xe tải lại để có tải trọng có ích từ 6 8 tấn. Tấm ép (2) có đƣờng kính (D) tùy theo yêu cầu tính toán: Ví dụ tính toán Ech trên mặt đƣờng thì D có trị số tùy theo xe tính toán: 37
38. Đƣờng kính D = 27,5 cm nếu xe tính toán là H8; Đƣờng kính D = 34 cm nếu xe tính 1 3 toán là H ; 8 13 5 4 7 2 D Nếu đo Echm trên mặt lớp móng thì 7 dùng D = 50 cm, nếu đo trên mặt đáy áo 6 5 đƣờng thì dùng D = 69 cm. Yêu cầu tấm ép phải đủ độ cứng để 5 không bị biến dạng khi thí nghiệm, cho 6 7 nên tấm ép phải có chiều dày không ít hơn 4 5 cm, có thể ghép bằng 2 3 Hình 2.26: Các thiết bị đo độ võng tấm có chiều dày 2cm và các tấm đặt đàn hồi bằng tấm ép trên thì có thể giảm bớt đƣờng kính. Kích thủy lực (3) dùng để truyền tải trọng từ ô tô sang tấm ép, phải đảm bảo tạo đƣợc lực thẳng đứng 10 15 tấn. Lực kế (4) để đo cấp tải trọng; Đồng hồ để đo thời gian (đọc đƣợc đến giây). Bách phân kế (5) để đo độ lún. Bách phân kế phải có khoảng chia nhỏ nhất đến 0,01mm, phải có hai hoặc ba cái để đặt hai cái đối xứng qua tâm tấm ép. Giá đỡ (6) để gá lắp đồng hồ đo độ lún. Giá phải có chiều dài trên 4m để cho chân của giá đỡ (7) phải đủ nằm cách xa điểm đo độ lún. 38
39. Cách đo:* San sửa bề mặt điểm thực nghiệm cho thật phẳng. Nếu chƣa thật phẳng thì có thể dùng cát đều hạt rải đều lên cho phẳng, nhƣng chiều dày của lớp cát không đƣợc quá 2 mm. Đặt tấm ép lên sao cho tiếp xúc đều với bề mặt ở vị trí đo. Cho xe ô tô vào vị trí thực nghiệm. Đặt kích lên tấm ép sao cho trục pít-tông của kích trùng với tâm của tấm ép và đầu trên của kích tì vào xà đỡ của khung xe. Lắp đặt giá đỡ và đồng hồ đo biến dạng sao cho hai đồng hồ đối xứng nhau qua tâm tấm ép. Dùng kích để tạo tải trọng truyền lên tấm ép làm cho tấm ép tiếp xúc tốt với bề mặt ở vị trí đo, áp lực p dƣới tấm ép phải đảm bảo đạt đến trị số qui định nhƣ sau: Đo trên nền đƣờng: p = 2daN/cm2; Đo trên lớp móng đƣờng: p = 4 daN/cm2; Đo trên mặt đƣờng: p = 6 daN/cm2; Dỡ tải về không, chờ cho độ lún phục hồi hết thì điều chỉnh đồng hồ đo độ lún trở về một số đọc chẵn nào đó D2. Dùng kích tăng tải trọng tác dụng lên tấm ép theo từng cấp đều nhau và ghi trị số độ lún ở từng cấp. Cần chia làm 4 6 cấp tải trọng thì đạt trị số áp lực qui định nói trên. Ở mỗi cấp tải trọng, sau khi kim đồng hồ đã ổn định thì đọc đồng hồ để ghi trị số độ lún D1(kim đồng hồ đƣợc coi là ổn định khi chờ độ lún phục hồi hết hoặc khi độ lún ở mỗi cấp tải trọng đƣợc coi là không tăng nữa nếu chờ 3 phút mà thấy độ lún thay đổi không quá 0,02mm). Sau đó tiếp tục tăng tải trọng lên cấp tiếp theo và lại ghi trị số độ lún ở cấp tiếp theo. Cứ thực hiện nhƣ vậy cho đến cấp tải trọng đạt áp lực qui định nói trên thì kết thúc thực nghiệm. Vài chú ý khi thực nghiệm: Có thể chỉ gia tải một cấp đạt đến trị số áp lực nhƣ nói trên, nhƣng cho tác dụng trùng phục nhiều lần, tức là gia tải và dỡ tải nhiều lần cho đến khi thấy trong hai lần kế tiếp nhau có trị số độ lún đàn hồi không chênh lệch nhau quá 0,02mm thì kết thúc thực nghiệm. Theo cách này thƣờng là từ 3 5 lần gia tải và dỡ tải thì đƣợc kết thúc thực nghiệm. Cách tính toán Tính độ lún đàn hồi theo công thức: Lđh = D1-D2, cm; Trong đó: Lđh - Độ lún đàn hồi ứng với cấp tải trọng đã thực hiện; D1 - Độ lún đản hồi khi có tải, cm; D2 - Độ lún đàn hồi khi dỡ tải về không, cm. Tính trị số mô đuyn đàn hồi ở mỗi cấp tải trọng bằng công thức: 2 pD 1 2 Ech ; (daN/cm ) (2.20) 4 Lđh p - Áp lực tác dụng lên bề mặt vị trí đo mô đuyn đàn hồi, daN/cm2; - Hệ số nở hông, lấy bằng 0,35 khi đo nền đất, bằng 0,30 khi đo mô đuyn đàn hồi chung, bằng 0,25 khi đo vật liệu của kết cấu áo đƣờng. D - Đƣờng kính của tấm ép (cm), lấy bằng đƣờng kính tƣơng đƣơng vệt bánh xe. 39
40. Kết quả đo độ lún bằng tấm ép cứng rồi tính mô đuyn đàn hồi chung Ech theo công thức trên thƣờng là lớn hơn so với phƣơng pháp đo bằng cần Ben-ken-man vì có sự hạn chế nở hông. 2.3.4. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 2 1.Ví dụ 1: Diện tích vệt bánh xe đo đƣợc: Sb = 840cm . Trọng lƣợng trục xe cân đƣợc: Q = 10.000 daN. Đƣờng kính tƣơng đƣơng vệt bánh xe Db = 32,8cm. Áp suất dƣới 2 bánh xe đo pb = 5,952 daN/cm . Trị số độ võng đo bằng cần Benkenman tại điểm đo là Li = 0,029cm. Đo trên mặt đƣờng BTN chặt dày 10cm mới làm xong, thời điểm đo là tháng 10. Đoạn đƣờng thuộc điều kiện gây ẩm II quy định ở 22 TCN 211 – 1993, địa phận Quảng Nam. Nhiệt độ mặt đƣờng lúc đo là 30oC. Cần tính mô đuyn đàn hồi tại điểm đo ứng với xe tiêu chuẩn đƣờng ô tô. Hệ số điều chỉnh tải trọng kết quả đo tính đƣợc theo công thức (2.13): 1,5 1,5 Db 32,8 Kq = p = 5,952 = 0,981. b pD1,5 6.331,5 Hệ số điều chỉnh độ võng đàn hồi về mùa bất lợi nhất tra theo bảng 2.4 đƣợc Km = 1,14. Hệ số điều chỉnh độ võng đàn hồi ở nhiệt độ đo T = 30oC về độ võng ở nhiệt độ tính toán xét theo công thức (2.14) dễ dàng thấy: KT = 1. Theo công thức (2.15), tính độ võng tính toán tại vị trí thử nghiệm: L i tt = Kq. Km.KT. Li = 0,981.1,14.1.0,029 = 0,0324 cm. Tính đƣợc mô đuyn đàn hồi tại vị trí thử nghiệm theo công thức (2.19): 2 2 p.D.1 6.33.1 0,3 2 Eđh ,i 0,693 0,693 3851 daN/cm . Lâtr 0,0324 2. Ví dụ 2: Đo độ võng đàn hồi bằng tấm ép dƣới tác dụng của tải trọng tĩnh xe tƣơng đƣơng với xe tiêu chuẩn đƣờng ô tô, trên mặt đƣờng BTN chặt có bột đá, mới làm xong. Độ lún đản hồi khi có tải D1 = 0,214cm, khi dỡ tải về không D2 = 0,125cm. Tính đƣợc độ lún đàn hồi: Lđh = D1-D2 = 0,214 - 0,125 = 0,089cm Trị số mô đuyn đàn hồi đo bằng tấm ép dƣới tác dụng của tải trọng tĩnh xe tiêu chuẩn đƣờng ô tô tính bằng công thức (2.20): 2 2 pD 1 6.33 1 0,3 2 Ech 1590,03; (daN/cm ) 4 Lđh 4 0,089 2.4 NĂNG LỰC CÔNG TÁC VÀ THỜI HẠN PHỤC VỤ CỦA ĐƢỜNG (17,5- 2+1,5) 2.4.1. Khái niệm: Năng lực công tác của áo đƣờng đƣợc đánh giá chủ yếu bằng sức chống mài mòn và chống biến dạng của mặt đƣờng dƣới tác dụng của bánh xe và các nhân tố thiên nhiên. Năng lực công tác của áo đƣờng và thời hạn phục vụ của áo đƣờng có liên quan mật thiết với nhau. Năng lực công tác cục bộ của áo đƣờng đƣợc tính bằng tổng trọng lƣợng xe cả hàng hóa (Bcb, triệu tấn) thông qua cắt ngang đƣờng trong thời hạn phục vụ cục bộ của áo đƣờng. Thời hạn phục vụ cục bộ của áo đƣờng (thời hạn trung tu đƣờng) là khoảng thời gian từ lúc bắt đầu khai thác đƣờng đến lần sửa chữa vừa đầu tiên hoặc là khoảng thời gian giữa hai lần sửa chữa vừa. 40
41. Năng lực công tác toàn bộ của áo đƣờng đƣợc tính bằng tổng trọng lƣợng xe cả hàng hóa (Btb, triệu tấn) thông qua cắt ngang đƣờng trong thời hạn phục vụ toàn bộ của áo đƣờng. Thời hạn phục vụ toàn bộ của áo đƣờng (thời hạn đại tu đƣờng) là khoảng thời gian từ lúc bắt đầu khai thác đƣờng đến lần sửa chữa lớn đầu tiên hoặc là khoảng thời gian giữa hai lần sửa chữa lớn. Năng lực công tác của đƣờng phụ thuộc vào năng lực công tác của áo đƣờng, các cầu cống trên tuyến đƣờng, kênh rãnh thoát nƣớc, nền đƣờng, v.v 2.4.2. Các phương pháp xác định thời hạn phục vụ của đường 1. Căn cứ theo qui định của Nhà nước để xác định thời hạn phục vụ của đường: Nƣớc ta hiện nay mới chỉ dự báo thời hạn sửa chữa theo qui định về thời hạn sửa chữa vừa và sửa chữa lớn của áo đƣờng nhƣ bảng 2.6. Bảng 2.6: Quy định thời hạn sửa chữa áo đƣờng của Việt Nam Thời hạn Thời hạn Loại mặt đƣờng SC vừa SC lớn (năm) (năm) Mặt đƣờng cấp phối thiên nhiên 1 3 Mặt đƣờng đá dăm, cấp phối đá dăm 2 4 Thấm nhập nhựa, láng nhựa 2-3 lớp 3 6 Mặt đƣờng đá dăm trộn nhựa, đá dăm đen 3 9 Bê tông nhựa 4 12 Bê tông xi măng 8 24 2. Tính toán dự báo thời hạn phục vụ của đường: a. Tính thời hạn sửa chữa lớn (đại tu) dựa trên qui luật tăng lưu lượng xe chạy Giả thiết lƣu lƣợng xe chạy tăng theo cấp số nhân, ta có công thức tính lƣu lƣợng xe tính toán ở năm thứ T là: T-1 NttT = Ntt1(1+q) ; (2.21) Trong đó: Ntt1 - Lƣu lƣợng xe tính toán ở năm đầu tiên, xeqđ/ ngày đêm; (1+q) - Công bội của cấp số nhân; q - Hệ số tăng lƣu lƣợng xe hàng năm. Khi chọn trƣớc giá trị của hệ số lƣu lƣợng xe chạy K8 thì tính đƣợc lƣu lƣợng xe ở cuối thời hạn khai thác, cần phải nâng cấp hoặc cải tạo đƣờng, từ công thức (2.8): N tt N n c ; K8 Trong đó: Ntt - Lƣu lƣợng xe tính toán ở cấp hạng cũ, xeqđ/ ngày đêm; Nếu lấy NttT = Nnc (năm cuối) thì ta sẽ tính toán dự báo đƣợc thời hạn phục vụ toàn bộ của con đƣờng (thời hạn đại tu đƣờng) theo công thức: N lg nc N T 1 1, năm (2.22) ât lg 1 q b. Xác định thời hạn sửa chữa lớn dựa trên cường độ của kết cấu áo đường Đây là phƣơng pháp của Cô-ra-zgôv-nƣi, dựa trên sự thay đổi theo thời gian của hệ số cƣờng độ theo độ võng đàn hồi của mặt đƣờng. Gọi: Hệ số cƣờng độ theo độ võng của mặt đƣờng trong năm phục vụ đấu tiên Kcđ1 và năm thứ T là KcđT và tính đƣợc bằng các công thức xuất phát từ áp dụng (2.1): 41
42. E tt,1 E tt,T K c.â,1 và K c.â,T (2.23) và (2.24) Eyc1 E ycT Ett, 1, Ett,T - Mô đuyn đàn hồi chung thực tế của kết cấu áo đƣờng trong năm phục vụ đầu tiên và năm thứ T; Eyc1, EycT - Mô đuyn đàn hồi yêu cầu theo tình hình xe chạy và cấp đƣờng trong năm phục vụ đầu tiên và năm thứ T. Thay Kcđ,T = Kmin = 1 là giá trị giới hạn của hệ số cƣờng độ theo độ võng thì có công thức tính thời hạn sửa chữa lớn (Tđt): 1,1K cđ ,1 Tât 1 1 .A , năm (2.25) K min lg 6 N với: A 1 ; (2.26) lg 1 q - Hệ số chiết giảm MĐĐH chung thực tế của kết cấu áo đƣờng, để kể đến các nhân tố môi trƣờng và tải trọng làm giảm cƣờng độ áo đƣờng theo thời gian. - Hệ số phân bố lƣu lƣợng xe trên bề rộng mặt đƣờng. c. Tính thời hạn sửa chữa vừa dựa trên bề dày lớp hao mòn Có thể dùng công thức: H o Ttt , năm; (2.27) a bB tb Trong đó: Btb là lƣu lƣợng vận chuyển trên đƣờng trung bình hàng năm, triệu tấn/năm; Ho là bề dày lớp chịu hao mòn của tầng mặt của áo đƣờng; a và b là các hệ số kinh nghiệm, xác định dựa trên số liệu thống kê và giả thiết quy luật tăng trƣởng lƣợng vận chuyển hàng năm theo đƣờng bậc nhất. Công thức (2.27) đã bỏ qua sự thay đổi về các loại xe chạy trên đƣờng là để đơn giản tính toán. 2.5 PHÂN LOẠI ĐƢỜNG VỀ MẶT SỬ DỤNG (18-0,5) 2.5.1. Phân loại đường về mặt quản lý: Mục đích của cách phân loại này là để lập kế hoạch sửa chữa đƣờng. Đối với đƣờng: căn cứ vào mức độ hƣ hỏng của mặt đƣờng, cƣờng độ mặt đƣờng, độ nhám, độ bằng phẳng để phân loại theo bảng 2.8: Bảng 2.8: Phân loại đƣờng về mặt quản lý Kết cấu mặt đƣờng Đá dăm TT Phân loại đƣờng BTXM;B láng nhựa, Đá dăm , TN thấm nhập Cấp phối nhựa 1 1.Loại tốt Là những đƣờng có nền đƣờng ổn định, không sụt lở, bề rộng nhƣ ban đầu, cống rãnh thông suốt không hƣ hỏng. Mặt đƣờng còn nguyên mui luyện, không rạn nứt, không có cao su. -ổ gà, cóc gặm tối đa 0% 0% 0,5% - Chỉ số IRI (m/Km) 2,0 4,0 6,0 42
43. Kết cấu mặt đƣờng Đá dăm TT Phân loại đƣờng BTXM;B láng nhựa, Đá dăm , TN thấm nhập Cấp phối nhựa - Cƣờng độ (so với Eycầu) 100% 100% - Độ nhám (chiều sâu vệt cát Htb, mm) ứng với 0,45 0,8 tốc độ 80 V 120km/h 2 2.Loại trung bình Nền đƣờng ổn định, không sạt lở, còn nguyên bề rộng, cống rãnh thông suốt không hƣ hỏng. Mặt đƣờng còn nguyên mui luyện, không rạn nứt lớn, đã xuất hiện cao su sình lún nhƣng diện tích không quá 0,5% chỉ rạn nứt dăm (bề rộng vết nứt 0,3mm) và chỉ nứt trên từng vùng 2~3m2 - ổ gà, cóc gặm tối đa 0.1% 0,5% 1% - Chỉ số IRI (m/Km) (2 4,0] (4 6,0] (6 9,0] - Cƣờng độ (so với Eycầu) 90~99% 90~99% 3 3.Loại xấu Nền đƣờng bị sạt taluy, lề đƣờng bị lún lõm, mặt đƣờng bị rạn nứt liên tục, nhƣng bề rộng vết nứt từ 0,3~3mm. Đồng thời xuất hiện cao su sình lún mặt đƣờng từ 0,6~1% - ổ gà, cóc gặm tối đa 0,3% 1% 3% - Chỉ số IRI (m/Km) (4 6,0] (6 8,0] (9 12] - Cƣờng độ (so với Eycầu) 80~89% 80~89% 4 4.Loại rất xấu Nền đƣờng bị võng, taluy nền sạt lở. Mặt đƣờng rạn nứt nặng, vết nứt dày và > 3mm. Với mặt đƣờng láng nhựa, đá dăm, cấp phối bắt đầu bong bật từng vùng. - ổ gà, cóc gặm tối đa 0,5% 3% 5% - Chỉ số IRI (m/Km) (6 8,0] (8 10] (12 15] - Cƣờng độ (so với Eycầu) < 80% < 80% Lưu ý: Diện tích cao su, ổ gà cóc gặm tính theo diện tích cả năm (cả phần đã vá sửa và phần đang tồn tại. 2.5.2. Xếp loại đường để tính giá cước vận tải: 1. Mục đích: Cách phân loại này chủ yếu là để: - Tính giá cƣớc vận tải. - Đánh giá kết quả của công tác quản lý, bảo trì đƣờng bộ. - Làm cơ sở để tham khảo trong quá trình thƣơng thảo tính cƣớc vận chuyển hàng hóa bằng đƣờng bộ. 2. Cách phân loại: Căn cứ để xem xét xếp loại đƣờng là: - Tiêu chuẩn kỹ thuật của con đƣờng: có tính chất cố định, để thay đổi tiêu chuẩn kỹ thuật của đƣờng cần phải đƣợc xây dựng mới, nâng cấp, cải tao. 43
44. - Tình trạng mặt đƣờng: có thể thay đổi do tác động của công tác bảo trì, thể hiện kết quả của công tác bảo dƣỡng và sữa chữa thƣờng xuyên, sữa chữa định kỳ, sữa chữa đột xuất. Trình tự nhƣ sau: a. Bƣớc 1: Dựa vào tình hình cụ thể của đƣờng, cấp hạng kỹ thuật của đƣờng và đối chiếu với các tiêu chuẩn dƣới đây để xếp cấp đường (theo các cấp A, B, C, D,E) nhƣ sau: * Cấp A: Nền đƣờng rộng từ 13m trở lên, xe đi lại tránh nhau dễ dàng, không phải giảm tốc độ. Nền đƣờng nói ở đây không tính bề rộng của cầu. Đƣờng cong nằm có bán kính tối thiểu là 250m (ứng với siêu cao 6%) hoặc 400m (ứng với siêu cao 4%). Trƣờng hợp ở những ngã ba, ngã tƣ đƣờng tránh hoặc những vị trí tƣơng tự cho phép bố trí đƣờng cong có bán kính nhỏ hơn. Chiều dài tầm nhìn trƣớc chƣớng ngại vật cố định (một chiều) là 100m. Tầm nhìn hai chiều tối thiểu là 200m. Độ dốc dọc tối đa 6% và dài liên tục không quá 500m, trừ những vị trí dốc bến phà, qua đê, qua cầu. * Cấp B: Nền đƣờng rộng tối thiểu 12m, xe đi lại tránh nhau dễ dàng, không phải giảm tốc độ. Đƣờng cong nằm có bán kính tối thiểu là 125m (ứng với siêu cao 6%) hoặc 250m (ứng với siêu cao 4%).Trƣờng hợp ở những ngã ba, ngã tƣ đƣờng tránh hoặc những vị trí tƣơng tự cho phép bố trí đƣờng cong có bán kính nhỏ hơn. Chiều dài tầm nhìn trƣớc chƣớng ngại vật cố định (một chiều) là 75m. Tầm nhìn hai chiều tối thiểu là 150m. Độ dốc dọc tối đa 7% và dài liên tục không quá 400m, trừ những vị trí dốc bến phà, qua đê, qua cầu. * Cấp C: Nền đƣờng rộng tối thiểu 9m, xe đi lại tránh nhau dễ dàng, không phải giảm tốc độ. Đƣờng cong nằm có bán kính tối thiểu là 60m (ứng với siêu cao 6%) hoặc 125m (ứng với siêu cao 4%).Trƣờng hợp ở những ngã ba, ngã tƣ đƣờng tránh hoặc những vị trí tƣơng tự cho phép bố trí đƣờng cong có bán kính nhỏ hơn. Chiều dài tầm nhìn trƣớc chƣớng ngại vật cố định (một chiều) là 40m. Tầm nhìn hai chiều tối thiểu là 80m. Độ dốc dọc tối đa 8% và dài liên tục không quá 400m, trừ những vị trí dốc bến phà, qua đê, qua cầu. * Cấp D: Nền đƣờng rộng tối thiểu 6m, xe đi lại tránh nhau phải giảm tốc độ. Đƣờng cong nằm có bán kính tối thiểu là 15m (ứng với siêu cao 6%) hoặc 40m (ứng với siêu cao 4%). Và châm chƣớc 30% số đƣờng cong trong từng đoạn có bán kính dƣới 15m nhƣng lớn hơn 8m (15m>R>8m). Chiều dài tầm nhìn trƣớc chƣớng ngại vật cố định (một chiều) là 20m. Tầm nhìn hai chiều tối thiểu là 40m. Độ dốc dọc tối đa 9% và dài liên tục không quá 400m, trừ những vị trí dốc bến phà, qua đê, qua cầu. * Cấp E: 44
45. Là các loại đƣờng không nằm trong các cấp A,B,C,D nói trên. b. Bước 2: Căn cứ vào kết cấu mặt đƣờng, tình trạng hƣ hỏng đƣờng để xếp bậc đường (chia làm 3 bậc 1, 2, 3). Mỗi cấp đƣờng đƣợc chia làm 3 bậc. Công tác bảo trì cầu đƣờng quyết định bậc của đƣờng; trƣờng hợp làm tốt công tác bảo trì, giữ cầu đƣờng ổn định các tiêu chuẩn nhƣ thiết kế thì đƣợc xếp bậc 1; trƣờng hợp công tác bảo trì làm không tốt, dẫn đến tình trạng cầu đƣờng xấu đi thì xếp bậc 2 hoặc 3. Cụ thể là: Bậc 1: Mặt đƣờng rải bê tông nhựa, bê tông xi măng, bằng phẳng, coi nhƣ không có ổ gà, xe chạy giữ vững tốc độ. Bậc 2: Mặt đƣờng rải bê tông nhựa, đá dăm nhựa, đá dăm, cấp phối có ổ gà nhỏ, gợn sóng vừa phải. Tỷ lệ ổ gà chiếm không quá 8% diện tích từng đoạn mặt đƣờng. Xe đi có xóc, có giảm tốc độ. Bậc 3: Mặt đƣờng rải bê tông nhựa, đá dăm nhựa, đá dăm, cấp phối hƣ hỏng nhiều, có từ 8% đến 20% ổ gà hoặc tối đa 15% ổ gà loại sâu trên 15cm (ổ trâu), xe đi lại khó khăn, có chỗ bị trơn lầy. Đƣờng cấp E không chia bậc và đƣờng cấp D bậc 3 (D3) là các loại đƣờng đặc biệt xấu. Nếu mặt đƣờng hƣ hỏng hơn mức quy định cho bậc 3 trên đây thì đƣa vào loại đƣờng đặc biệt xấu. c. Bước 3: Xếp loại đƣờng để tính giá cƣớc vận tải và xác định điều kiện sử dụng xe Sau khi xếp đƣờng thành cấp, bậc nhƣ trên ta sẽ có kết quả là đƣờng sẽ nằm trong các trƣờng hợp: A1; A2; A3; B1; B2; B3; C1; Tiếp theo tiến hành xếp loại đƣờng theo nguyên tắc sau: Đƣờng bậc 1 cấp dƣới xếp cùng loại với đƣờng bậc 2 cấp liền bên trên, nghĩa là C1 = B2; B1 = A2; Việc xếp loại đƣờng đƣợc căn cứ theo bảng 2.9. Bảng 2.9: Tiêu chuẩn xếp loại đường Loại 1 Loại 2 Loại 3 Loại 4 Loại 5 Loại 6(Loại đặc biệt xấu) (Rất tốt) (tốt) (khá) (Trung bình) (Xấu) A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3, E và các đƣờng có mặt đƣờng xấu hơn bậc 3 Trên một tuyến đƣờng dài có thể chia thành nhiều đoạn có loại đƣờng khác nhau. Để tiện việc theo dõi, tính toán, trong thực tế các loại đƣờng sẽ xếp theo từng đoạn 5Km liên tục trở lên. Nếu có những đoạn xấu hay tốt dƣới 5 Km riêng lẻ thì căn cứ vào tình hình trung bình những đoạn kề bên để xếp lên hoặc xuống cho thích hợp. Đƣờng có tiêu chuẩn cấp E nhƣng mặt đƣờng tốt hoặc chỉ có một trong nhiều tiêu chuẩn cấp E, nhƣng các tiêu chuẩn khác đạt cao hơn có thể tùy tình hình mà xếp vào loại đặc biệt xấu hoặc loại 5. Căn cứ vào cách phân loại đƣờng trên đây sẽ có 6 loại đƣờng (từ loại 1 đến loại 6). 2.6 XÁC ĐỊNH LƢU LƢỢNG XE VÀ THÀNH PHẦN XE (19-1) * 2.6.1. Mục đích:* Công tác đếm xe do đơn vị quản lý và sữa chữa đƣờng bộ trực tiếp tổ chức thực hiện. Việc lấy số liệu chính xác lƣu lƣợng xe và diễn biến thay đổi về lƣu lƣợng xe, 45
46. thành phần và tải trọng xe trên từng tuyến đƣờng, từng đoạn đƣờng riêng biệt, qua từng mùa, từng năm, v.v là để: Có cơ sở tổ chức, điều chỉnh giao thông có hiệu quả; Làm căn cứ để dự kiến những thay đổi cho các năm sau: Quản lý - sửa chữa và thống kê - dự báo lƣu lƣợng xe để thiết kế hình học và kết cấu đƣờng, hoặc chọn ở mức sửa chữa hoặc nâng cấp đƣờng hợp lý; Làm số liệu cần thiết cho việc điều tra kinh tế của ngành giao thông vận tải. 2.6.2. Nội dung công tác đếm xe:* 2.6.2.1. Phân chia loại trạm đếm xe: Có 2 loại trạm là trạm chính và trạm phụ. Trạm chính: Là trạm cố định, không thay đổi vị trí trong thời gian dài hàng chục năm, dùng để nghiên cứu sự thay đổi những đặc trƣng về lƣu lƣợng, thành phần và tải trọng xe trên một đoạn đƣờng dài, một khu vực rộng. Trạm phụ: Là trạm dùng để xác định lƣu lƣợng xe cục bộ trên một đoạn đƣờng ngắn, một khu vực hẹp hoặc trên những đƣờng có lƣu lƣợng xe thấp để phục vụ cho công tác thiết kế sửa chữa hoặc nâng cấp đƣờng tại thời điểm đo. 2.6.2.2. Chọn vị trí đặt các trạm: - Tất cả những trạm đếm xe phải tạo thành một mạng lƣới hợp lý. - Những vị trí đặt trạm phải thể hiện lƣu lƣợng xe thƣờng xuyên của đoạn dg giữa hai ngã ba hoặc ngã tƣ kế tiếp nhau. Các trạm đếm xe nên bố trí ở những chỗ dòng xe ổn định, tránh bố trí trực tiếp ở những nơi dòng xe bị nhiễu loạn nhƣ nút giao thông nhằm đảm bảo số liệu thu thập đƣợc phản ánh đúng lƣu lƣợng xe trên đoạn đƣờng đó - Trên các tuyến đƣờng có lƣu lƣợng cao, các trục đƣờng chính, bố trí 30 ~ 50Km/1 trạm chính. Trên các đƣờng thứ yếu, đƣờng nhánh 50 ~ 100 Km/1 trạm chính. - Tại bến phà, cầu phao và trạm thu phí nên đặt các trạm chính. 2.6.2.3. Chọn thời gian đếm xe: Một tháng đếm 1 lần, mỗi lần đếm trong 3 ngày liên tục. Đếm xe đƣợc thực hiện vào các ngày 5,6,7 trong tháng. Hai ngày đầu đếm 16/24 giờ (từ 5 giờ sáng đến 21 giờ), ngày thứ ba đếm 24/24 giờ (từ 0 giờ sáng đến 0 giờ), để xác định lƣu lƣợng xe trung bình của tháng đó. Tổng hợp trung bình số liệu của 12 tháng để có lƣu lƣợng xe trung bình / ngày đêm trong năm. 2.6.2.4. Chọn phương pháp đếm xe thích hợp, trong các phương pháp: Đếm thủ công do con ngƣời thực hiện. Đếm trên cả 2 hƣớng đi và về của dòng xe; Điều tra vận tải; Đếm bằng máy đếm xe: tùy theo hƣớng dẫn của từng loại máy. Phân loại xe của máy đếm xe phải phù hợp với quy định. Số liệu đếm đƣợc lƣu trữ trong máy. Phải duy trì thƣờng xuyên hoạt động của trạm đếm xe bằng máy chuyên dụng với các số liệu đƣợc ghi vào máy tính để truyền dữ liệu về cơ quan quản lý cấp trên. Ví du: Xác định lƣu lƣợng xe và tải trọng xe trên đƣờng bằng hệ thống cân động WIM (WEIGHT IN MOUTION SYSTEM). Hệ thống đo WIM đƣợc lắp đặt tại các vị trí đã lựa chọn theo quy hoạch để xác định lƣu lƣợng xe và tải trọng xe trên hệ thống mạng lƣới đƣờng. Khi xe chạy qua, hệ thống đo sẽ tự động thu nhận các thông số: Tải trọng các trục xe, tốc độ xe chạy, khoảng cách giữa các trục xe, khoảng cách giữa trục đầu tiên và trục cuối cùng của xe, Các số liệu này đƣợc cập nhật và lƣu giữ trên máy tính hoặc thông qua mạng đƣa về trung tâm xử lý và lƣu trữ trong Ngân hàng dữ liệu đƣờng ô tô. Hệ thống WIM thƣờng kèm theo phần mềm xử lý số liệu theo yêu cầu của ngƣời sử dụng: Thống kê loại xe, loại trục xe, tải trọng trục xe trên đƣờng theo ngày, giờ, Ngoài ra, phần mềm này còn có thể phân tích để đƣa ra số liệu tải trọng trục xe quy 46
47. đổi tính toán theo tiêu chuẩn của AASHTO (8,2T) hoặc theo tiêu chuẩn của một số nƣớc châu Âu. 2.6.2.5. Chế độ báo cáo và tổng hợp số liệu: - Ngày 10 hàng tháng, các trạm đếm xe gửi báo cáo kết quả đếm xe về đơn vị quản lý & sửa chữa đƣờng bộ. - Ngày 15 hàng tháng, các đơn vị quản lý & sửa chữa đƣờng bộ có trách nhiệm tổng hợp số liệu, báo cáo kết quả đếm xe về khu quản lý đƣờng bộ (hoặc sở GTVT, GT công chính). - Trong 1 năm, khu quản lý đƣờng bộ (hoặc sở GTVT, GT công chính) phân tích, tổng hợp số liệu báo cáo về cục đƣờng bộ Việt Nam số liệu đếm xe trung bình của 6 tháng đầu năm và số liệu trung bình cả năm. Thời gian gửi báo cáo về cục từ ngày 20 đến ngày 30 của tháng 7 và tháng 1 năm sau. - Biểu mẫu báo cáo đếm xe và phân loại các phƣơng tiện theo phƣơng pháp đếm thủ công xem hƣớng dẫn ở tiêu chuẩn 22 TCN 306-03. Khi đếm xe bằng máy thì báo cáo theo chƣơng trình của máy. 2.6.2.6. Phân loại phương tiện và thống kê lưu lượng của riêng từng loại như sau: Phương pháp phân loại xe thống nhất dựa trên số trục xe, không dựa trên tải trọng. Gồm 11 loại sau: Xe con/xe Jip; Xe tải hạng nhẹ (2 trục 4 bánh); Xe tải hạng nhẹ (2 trục 6 bánh và tải trọng <3T); Xe tải hạng trung (2 trục 6 bánh); Xe tải hạng nặng (3 trục); Xe tải hạng nặng (4 trục trở lên); Xe khách nhỏ (4 bánh, dƣới 20 chỗ ngồi); Xe khách lớn (6 bánh, trên 20 chỗ ngồi); Máy kéo/ xe công nông; Xe máy/ xe lam; Xe đạp/ xe thô sơ khác (xích lô, xe xúc vật kéo, xe kéo tay, ). Kết quả này sẽ làm căn cứ theo dõi phục vụ cho việc chọn mức độ sửa chữa hoặc nâng cấp mặt đƣờng và tuyến đƣờng năm sau hoặc lập Ngân hàng dữ liệu phục vụ cho việc lập dự án sửa chữa, nâng cấp đƣờng hoặc điều tra kinh tế. 2.7 KIỂM TRA chƣơng 1+2 (20-1) Bài tập chƣơng 2: (0) BT1: Trên đƣờng cấp III có mặt đƣờng bằng BTN rải nóng mới làm xong, ngƣời ta đo độ lún đàn hồi của mặt đƣờng để kiểm tra cƣờng độ KCMĐ bằng cần BenKenman trên đoạn đƣờng đại diện dài 700m tại 15 vị trí thử nghiệm, kết quả độ võng tính toán tại các vị trí lần lƣợt là: L 1 tt = 0.67 mm; L 6 tt = 0.88 mm; L 11 tt = 0.68 mm; L 2 tt = 0.76 mm; L 7 tt = 0.76 mm; L 12 tt = 0.87 mm; L 3 tt = 0.79 mm; L 8 tt = 0.95 mm; L 13 tt = 0.64 mm; L 4 tt = 0.70 mm; L 9 tt = 0.93 mm; L 14 tt = 0.89 mm; L 5 tt = 0.83 mm; L 10 tt = 0.77 mm; L 15 tt = 0.69 mm. 47