Bài giảng Bảo dưỡng sửa chữa đường ô tô

162 trang hoanguyen 4080

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Bảo dưỡng sửa chữa đường ô tô", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_bao_duong_sua_chua_duong_o_to.pdf

Nội dung text: Bài giảng Bảo dưỡng sửa chữa đường ô tô

Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 SỰ CẦN THIẾT VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA ĐƯỜNG ƠTƠ. Hàng năm khối lượng vận chuyển hàng hĩa khơng ngừng tăng lên, lượng xe chạy càng nhiều, tỉ lệ xe nặng càng lớn, do đĩ đường sá và cơng trình trên đường càng chịu tác dụng nhiều của tải trọng xe. Hơn nữa, các yếu tố khí hậu thường xuyên tác dụng lên cơng trình đường sá làm cho chất lượng đường khơng ổn định theo các mùa trong năm, tạo điều kiện cho việc phát sinh các hiện tượng biến dạng, hư hỏng. Một vấn đề cơ bản cần lưu ý là khơng cĩ một con đường nào tồn tại tốt được vĩnh viễn dù đã được xây dựng đạt chất lượng cao. Những tuyến đường cĩ lớp kết cấu mặt đường ở cấp hạng cao cũng khơng thốt khỏi thơng lệ này. Cĩ thể nĩi rằng, tất cả mọi con đường vừa mới làm xong đã bắt đầu suy giảm chất lượng vì những tác hại cộng lại của cường độ vận chuyển và các nhân tố thiên nhiên. Với khí hậu nhiệt đới và xích đạo, nhất là đối với các tuyến đường cĩ lớp mặt đơn giản chưa được xử lý bằng nhựa, quá trình suy giảm này thường diễn ra một cách nhanh chĩng. Chỉ cĩ một sự quản lý cẩn thận, với sự chăm sĩc liên tục mới cho phép hạn chế quá trình suy giảm chất lượng trong những giới hạn cĩ thể chấp nhận được. Việc xem nhẹ vai trị của cơng tác bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ sẽ sớm hay muộn phải trả giá bằng những chi phí lớn hơn rất nhiều vì phải sửa chữa lớn hoặc xây dựng lại. Một cơng trình nghiên cứu của Ngân hàng thế giới (WB) đã ước tính phải cần 90 tỷ USD là ít nhất để đủ chi phí cho sửa chữa và giữ gìn được hệ thống đường ơ tơ của 85 nước đã vay nợ của WB để làm đường (Hệ thống đưịng ơtơ này chỉ kể đến những tuyến đường chính yếu: 1.000.000 km mặt đường nhựa và 800.000 km mặt đường chưa được xử lý bằng nhựa - tính đến 1985). Trong hệ thống đường ơ tơ của 85 nước kể trên, 1/4 các tuyến đường nhựa và 1/3 các tuyến đường chưa được xử lý bằng nhựa phải xây dựng lại vì chúng đã hư hỏng tới mức chỉ cịn cĩ giải pháp này mà thơi. Chi phí xây dựng lại ước tính cần 45 tỷ USD trong khi đĩ nếu được chăm sĩc định kỳ chu đáo (và cũng cĩ thể được tăng cường khi cường độ vận chuyển tăng) sẽ chỉ tuỳ theo từng tuyến đường phải chi ít đi từ ba đến năm lần, khoảng chừng gộp lại hết 12 tỷ USD, mà lại cịn ngăn chặn được sự lên giá của việc khai thác xe cộ; Ngồi ra 30% các tuyến đường nhựa của các nước kể trên cần phải được tăng cường ngay hoặc trong vịng những năm rất gần đây. Chi phí tích dồn lại của cả nhiệm vụ tăng cường và nhiệm vụ duy tu bảo dưỡng thường xuyên chu đáo sẽ tốn 40 đến 45 tỷ USD trong vịng 10 năm sắp tới, thành ra tổng cộng hố đơn chi trả sẽ lên tới 90 tỷ USD. Nếu các nước nĩi trên khơng cải tiến cách quản lý những hệ thống đường ơ tơ của mình thì cuối cùng chi phí khơi phục lại sẽ dễ dàng tăng lên gấp hai hoặc ba lần, và chi phí mà những người sử dụng đường ơ tơ phải trả cịn cĩ thể tăng thêm hơn nhiều. Những khiếm khuyết của cơng tác quản lý, bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ cĩ những tác hại nghiêm trọng hơn những khiếm khuyết của các lĩnh vực khác vì ba lý do: a) Tốn phí và nhu cầu về tài chính rất lớn. Ngồi ra, những tổn phí mà ngành quản lý đường sá phải gánh chịu khơng thấm vào đâu so với tổn thất chung tổng cộng: 1
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Những người sử dụng đường phải lái xe trên những đường xấu chịu những tổn thất lớn hơn nhiều. Sau nữa, giá thành vận tải tăng cao, hạn chế sự liên kết các thị trường kinh tế và làm giảm bớt sinh lực của các hoạt động phụ thuộc vào vận tải đường bộ. b) Sự suy giảm chất lượng của đường ơ tơ tăng tốc độ theo thời gian. Hiện tượng này làm cho người ta chưa kịp nhận thức được sự cần thiết của một đợt bảo dưỡng sửa chữa thì tình trạng chất lượng đã suy giảm rõ rệt tới mức địi hỏi phải khơi phục lại hoặc làm lại đường với tổn phí lớn hơn nhiều. Vì vậy, điều rất quan trọng là phải nhận biết được kịp thời nhu cầu cần sửa chữa. c) Những đơn vị quản lý đường ơ tơ thường khơng phải gánh chịu những hậu quả của việc bảo dưỡng sửa chữa làm cịn thiếu sĩt do khơng phải chịu sức ép từ phía các tổ chức xã hội địi hỏi phải cải thiện tình hình đường sá. Vì thiếu những luồng dư luận địi hỏi và chưa lường hết được tính chất nghiêm trọng của bài tốn, cho nên ở nhiều nước nhiệm vụ duy tu bảo dưỡng khơng được chiếm một thứ bậc cao trong các mục tiêu của ngân sách. Cơng trình nghiên cứu này của Ngân hàng thế giới cho thấy một bức tranh bi thảm về những hậu quả của việc xem nhẹ vai trị của cơng tác quản lý, bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ. Ở một số nước đang phát triển hiện nay đang tái diễn cái vịng luẩn quẩn sau: - Nhờ vốn vay nước ngồi để làm mới; - Để chất lượng suy giảm đến mức hư hỏng trầm trọng vì thiếu sự bảo dưỡng sửa chữa cần thiết; - Lại phải làm lại hết sức tốn kém nhờ vào vốn nước ngồi. Như vậy, điều quan trọng được đúc rút ra là cần phải phá vỡ cái vịng luẩn quẩn nguy hại này và phải dành những sự quan tâm, những khoản chi phí cần thiết để bảo dưỡng sửa chữa hệ thống đường ơ tơ của mình một cách đúng đắn. 1.2 HIỆN TRẠNG GIAO THƠNG VẬN TẢI ĐƯỜNG BỘ VIỆT NAM Đặc thù của lãnh thổ Việt Nam là hẹp và kéo dài từ Bắc vào Nam, nước ta cĩ hệ thống giao thơng bao gồm đầy đủ các phương thức vận tải như đường bộ, đường sắt, đường sơng, đường biển và đường hàng khơng. Từ sau thời kỳ “đổi mới” đến nay, Nhà nước đã quan tâm đầu tư cho ngành GTVT để khơi phục, nâng cấp và xây dựng mới một số cơng trình giao thơng nhằm từng bước đáp ứng nhu cầu vận tải hàng hĩa và hành khách. Về đường bộ: 1- Kết cấu hạ tầng đường bộ: - Mạng lưới đường bộ: Mạng lưới giao thơng đường bộ Việt Nam cĩ tổng chiều dài là 224.482km, được phân bố tương đối hợp lý trên tồn lãnh thổ. Mật độ so với diện tích và dân số xấp xỉ 24,06km/100km2 và 1,00km/1000dân (khơng kể hệ thống đường xã và đường chuyên dùng); mật độ hệ thống quốc lộ khoảng 4,78km/100km2 và 0,20km/1000dân. 2
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Mạng lưới giao thơng đường bộ chia thành 6 hệ thống: - Quốc lộ 17.295km chiếm tỷ lệ 7,70% - Đường tỉnh 21.840km chiếm tỷ lệ 9,73% - Đường huyện 45.250km chiếm tỷ lệ 20,16% - Đường xã 124.994km chiếm tỷ lệ 55,68% - Đường đơ thị 7.476km chiếm tỷ lệ 3,33% - Đường chuyên dùng 7.627km chiếm tỷ lệ 3,40% - Hệ thống quốc lộ: Hệ thống này là xương sống của mạng lưới đường bộ, cĩ tác dụng quan trọng phục vụ lợi ích kinh tế, chính trị, văn hĩa, xã hội, an ninh quốc phịng của đất nước, bao gồm: + Đường nối từ thủ đơ Hà Nội tới các thành phố trực thuộc Trung ương, tới trung tâm hành chính các tỉnh. + Đường từ trục chính đến các cửa khẩu quốc tế, cửa khẩu chính, các khu cơng nghiệp. + Đường nối liền trung tâm hành chính từ 3 tỉnh trở lên. - Các hệ thống: đường tỉnh, đường huyện, đường xã, đường đơ thị và đường chuyên dùng: + Hệ thống đường tỉnh là trục đường trong địa bàn 1 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương bao gồm đường nối từ thành phố hoặc trung tâm hành chính của tỉnh tới trung tâm hành chính của huyện và nối đến trung tâm hành chính các tỉnh lân cận. + Hệ thống đường huyện là đường nối từ trung tâm hành chính huyện tới các trung tâm hành chính xã hoặc cụm xã và nối trung tâm hành chính các huyện lân cận. + Hệ thống đường xã là đường nối từ trung tâm hành chính các xã đến các thơn xĩm và nối giữa các xã với nhau. + Hệ thống đường đơ thị là đường giao thơng nằm trong nội đơ, nội thị của thành phố, thị xã, thị trấn. + Hệ thống đường chuyên dùng là đường nội bộ chuyên phục vụ cho việc vận chuyển, đi lại của một hoặc nhiều cơ quan, doanh nghiệp, tư nhân. 2- Quản lý, bảo trì đường bộ: Trong thập kỷ qua, Nhà nước đã đầu tư cho đường bộ (hệ thống quốc lộ) để xây dựng một số tuyến mới và cải tạo, nâng cấp các tuyến hiện cĩ. Chất lượng của đường bộ được cải thiện một cách rõ rệt. Để đảm bảo chất lượng hệ thống quốc lộ khơng bị xuống cấp, hàng năm nhu cầu vốn cần đầu tư cho quản lý, bảo trì khoảng 1300 đến 1500 tỷ VNĐ. Thực tế, trong những năm qua nguồn vốn dành cho cơng tác này rất hạn chế, so với nhu cầu chỉ đạt trung bình khoảng 40%. 3
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ (Bảng 1-1) Đơn vị tính : Tỷ VNĐ Vốn sửa chữa Trong đĩ Tổng Tổng đường bộ so với Năm chiều vốn Sửa chữa đường bộ Tổng số Xây Nhu KH dài đường vốn dựng cầu QL,km bộ Thực tế Nhu cầu đường bộ, cơ bản vốn, % cấp vốn % 1996 13.510 2.336,8 1.877,1 459,7 950 19,7 48,4 1997 14.651 3.640,8 3.161,5 479,3 1000 13,2 47,9 1998 14.920 3.311,5 2.796,5 515 1300 15,6 40 1999 15.250 4796,8 3.316,8 480 1400 10 34,3 2000 15.425 7.361,8 6.896,8 465 1400 6,3 33 2001 15.425 8.614,2 8.104,2 510 1400 5,9 36,4 2002 15.824 599,6 1420 42,2 3- Hiện trạng mạng lưới đường bộ: Trong thập kỷ qua, tuy Nhà nước đã quan tâm đầu tư xây dựng một số tuyến mới, cải tạo nâng cấp một số tuyến đang khai thác, chất lượng của mạng lưới đường bộ được cải thiện rõ rệt, song, đến nay cũng cịn nhiều yếu tố bất cập: Việt Nam chưa cĩ đường cao tốc, một số tuyến trên hệ thống quốc lộ chưa vào cấp kỹ thuật, nhiều tuyến trên các hệ thống đường địa phương chưa được cải thiện nhiều, đến nay, cịn khoảng 350 xã trên tổng số 10.511 xã, phường chưa cĩ đường ơtơ. - Nếu phân loại đường theo tiêu chí kết cấu mặt đường, kết quả như sau: (Bảng 1-2) Kết cấu mặt đường Tên T hệ Bêtơng Bêtơng Cấp phối, đá Đá dăm nhựa Đường đất T thốn Chiều xi măng nhựa dăm g dài,km Km % Km % Km % Km % Km % 1 QL 17295 78 0,45 5369 31,04 7783 45 2999 17,34 1066 6,16 2 ĐT 21840 141 0,65 2204 10,09 11505 52,68 4345 19,89 3645 16,69 3 ĐH 45250 1146 2,53 1328 2,93 6742 14,90 20057 44,32 15977 35,31 4 ĐX 124994 8185 6,55 611 0,49 6244 5,00 2007 1,61 107947 86,36 5 Đ ĐT 7476 342 4,57 2241 29,98 3647 48,78 1246 16,67 0 0,00 6 ĐCD 7627 848 11,12 342 4,48 2357 30,90 3600 47,20 480 6,31 224482 10740 4,78 1209 5,39 38278 17,05 34254 15,26 129115 57,52 Cộng 5 - Nếu phân loại theo cấp kỹ thuật, kết quả như sau: + Đường cao tốc: Đang cĩ kế hoạch xây dựng. + Chiều dài các tuyến đạt cấp I, II: 2,17% + Chiều dài các tuyến đạt cấp III: 30,4% 4
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ + Chiều dài các tuyến đạt cấp IV: 20,3% + Chiều dài các tuyến đạt cấp V: 30,8% + Chiều dài các tuyến đạt cấp VI: 16,3% 4- Vận tải đường bộ: Khối lượng vận chuyển: Trong những năm qua, khối lượng hành khách vận chuyển đường bộ trong nước chiếm khoảng 80% và khối lượng hàng hĩa vận chuyển chiếm khoảng 60% so với các loại phương tiện vận tải khác. Khối lượng vận chuyển hành khách (Bảng 1-3) Đơn vị tính : Triệu HK Trong đĩ Đường sắt Đường bộ Đường sơng Năm Tổng số Khối Khối Khối % % % lượng lượng lượng 1996 607,4 8,5 1,40 482,6 79,45 116,3 19,15 1997 652,7 9,3 1,42 519,3 79,56 124,1 19,01 1998 691,3 9,7 1,40 554,5 80,21 127,1 18,39 1999 727,4 9,3 1,28 592,4 81,44 125,7 17,28 2000 761,7 9,8 1,29 625,4 82,11 126,5 16,61 2001 805,2 10,6 1,32 660,7 82,05 133,9 16,63 2002 833,9 10,8 1,30 689,1 82,64 134 16,07 Khối lượng vận chuyển hàng (Bảng 1- 4) Đơn vị tính : Nghìn tấn Trong đĩ Đường sắt Đường bộ Đường sơng Đường biển Năm Tổng số Khối Khối Khối Khối % % % % lượng lượng lượng lượng 1996 151154,9 4041,5 2,67 104862,0 69,37 32467,7 21,48 9783,7 6,47 1997 168347,5 4752 2,82 116459,4 69,18 36360,7 21,60 10775,4 6,40 1998 178779,7 4977,6 2,78 123975,5 69,35 38033,6 21,27 11793 6,60 1999 190219,1 5146 2,71 132179,8 69,49 39887,2 20,97 13006,1 6,84 2000 206010,3 6258,2 3,04 141184,2 68,53 43015,4 20,88 15552,5 7,55 2001 223310 6456,7 2,89 166683,8 74,64 48488,2 21,71 1681,3 0,75 2002 238454,9 7051,9 2,96 160877,9 67,47 49913 20,93 20612,1 8,64 5
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ 1.3 PHÂN LOẠI CƠNG TÁC BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA ĐƯỜNG Ơ TƠ. 1. Bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên và định kỳ. Người ta thường chia các nhiệm vụ bảo dưỡng sửa chữa thành hai loại: Bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên và Bảo dưỡng sửa chữa định kỳ. Loại thứ nhất bao gồm các nhiệm vụ chăm sĩc, giữ gìn đề phịng hư hỏng và sửa chữa các hư hỏng nhỏ nhằm duy trì tình trạng tốt sẵn của con đường, loại cơng tác này phải làm một hoặc nhiều lần trong một năm. Loại thứ hai gồm những nhiệm vụ quan trọng hơn phải làm với những khoảng cách thời gian bốn năm, năm năm hay hơn nữa. Tổ chức cơng tác bảo dưỡng sửa chữa tùy thuộc một cách rộng rãi vào cách phân loại này: - Các nhiệm vụ bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên được giao cho các tổ sản xuất thường trực, thường là ở gần con đường phải chăm sĩc. Phải cĩ những kinh phí được ngân sách cấp đều đặn. Các cơng việc phải làm được quy định cho từng con đường tùy theo mức độ quan trọng nhiều hay ít. - Các nhiệm vụ bảo dưỡng sửa chữa định kỳ ngược lại là những cơng việc nặng hơn, phải được ghi vào chương trình từ nhiều tháng trước và thường được ghi trong kế hoạch nhà nước. Cĩ thể ghép vào loại nhiệm vụ này các cơng việc khơi phục lại đường nếu tình trạng chất lượng đã suy giảm đến mức địi hỏi phải làm như vậy. 2. Bảo dưỡng dự phịng và bảo dưỡng sửa chữa. Cũng cịn cĩ một cách phân loại cổ điển nữa: - Bảo dưỡng dự phịng là những sự can thiệp dự phịng cĩ mục đích, một mặt tránh sự phá hỏng chất lượng kết cấu mặt đường, để chuẩn bị dự phịng cho mặt đường phải chịu một cường độ vận chuyển cao hơn cĩ thể dự đốn trước được, mặt khác để duy trì một cách hầu như liên tục một trình độ phục vụ êm thuận nhất định. - Bảo dưỡng sửa chữa là những sự can thiệp sửa chữa cĩ mục đích khắc phục một tình trạng thiếu kém về kết cấu hay về bề mặt, sau khi đã thấy xuất hiện những hư hỏng quan trọng. Vá ổ gà là loại cơng việc điển hình cho cơng tác bảo dưỡng sửa chữa. Sự lựa chọn giữa Bảo dưỡng sửa chữa hay Bảo dưỡng dự phịng được quyết định chủ yếu bằng việc áp dụng một hệ thống tiêu chuẩn về chất lượng khai thác. 6
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ CHƯƠNG 2 CÁC HÌNH THỨC BIẾN DẠNG, HƯ HỎNG CỦA ĐƯỜNG VÀ NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY RA 2.1 NHỮNG NHÂN TỐ GÂY RA SỰ SUY GIẢM CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG Ơ TƠ. Ngay từ khi mới được đưa vào sử dụng, con đường đã bắt đầu quá trình suy giảm chất lượng. Sự suy giảm này được biểu thị bằng những sự biến dạng, hư hỏng rất rõ ràng trên các con đường cĩ cấp hạng thấp, mặt đường cấu tạo đơn giản chưa được xử lý bằng nhựa, và kém rõ ràng hơn trên các con đường cĩ cấp hạng cao hơn đã được phủ nhựa. Tất cả mọi con đường đều cần tới sự kiểm tra và những chăm sĩc cẩn thận để đảm bảo cĩ được một sự êm thuận hồn hảo. Trong trường hợp này hoặc trường hợp khác các sự biến dạng, hư hỏng của đường này khác nhau rất nhiều, tuỳ thuộc vào rất nhiều nhân tố cĩ thể gắn hoặc khơng gắn với cường độ vận chuyển mà con đường phải chịu đựng. 2.1.1 Mơi trường vật chất của đường ơ tơ. Đối với đường ơtơ, mơi trường vật chất bao gồm: Khí hậu, chất lượng đất nền và sự cĩ mặt của cây cối bên đường, các nhân tố này đĩng một vai trị quan trọng trong sự phát sinh và phát triển quá trình suy giảm chất lượng đường ơ tơ. 1. Những nhân tố về khí hậu. Nhân tố đầu tiên làm cho đường ơ tơ suy giảm chất lượng là những thành phần khí hậu của khu vực mà con đường chạy qua. Mưa khí quyển là một nhân tố quan trọng nhất cần phải coi trọng vì nĩ ảnh hưởng tới sức chịu đựng của các vật liệu làm đường. Một lượng ngậm nước tối thiểu cần như thế nào để cho vật liệu đất làm được nhiệm vụ của nĩ một cách đầy đủ trong kết cấu tổng thể nền - mặt đường nĩi chung hoặc trong cơng trình nền đường nĩi riêng, thì sự quá thừa nước lại nguy hại như thế ấy cho sự bền vững của chúng. Mưa cĩ thể gây những tác hại lớn cho đường sá, và để phịng tránh các tác hại cĩ thể xảy ra, khơng gì bằng trực tiếp quan sát con đường dưới trời mưa. Đây là một cơng việc mà mọi người cĩ trách nhiệm quản lý bảo dưỡng đường cần phải làm và kể cả những người làm cơng tác thiết kế đường nữa, để từ đĩ rút ra được những thơng tin cần cho việc lập các đồ án. Một hiện tượng thường gắn trực tiếp với mưa, đặc biệt là những địa phương cĩ chế độ mưa khắc nghiệt là sự xĩi mịn đất, đây được coi là hiện tượng kinh niên trên đường ơ tơ ở các nước vùng nhiệt đới như nước ta. Hiện tượng xĩi mịn chỉ bắt đầu phát sinh khi tốc độ nước chảy vượt quá một trị số tốc độ mà người ta gọi là tốc độ giới hạn. Tốc độ giới hạn này cĩ thể từ 0,30 m/s cho cát cĩ đường 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 người ta thường chấp nhận trị số 0,90 m/s. Đối với mặt đường nhựa, sự xĩi mịn thường rất rõ rệt ở chỗ tiếp giáp giữa mặt đường và lề đường. Việc xĩi mịn lề đường và các mương rãnh thốt nước là một trong những hiện tượng khơng bình thường phải đề phịng một cách rất thận trọng. Hiện tượng xĩi mịn ở các bộ phận ấy rất nhanh và cĩ thể nguy hại cho nền đường, đã cĩ trường hợp người ra thấy một rãnh dọc bị xĩi sâu từ độ sâu 1,0 m tới độ sâu 6,0 m trong vịng ba tháng, và bề rộng của rãnh cũng theo đĩ mà tăng theo. Vì vậy, nên giới hạn chiều dài các rãnh ở một trị số sao cho trong rãnh tốc độ của nước khơng vượt quá 7
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ tốc độ giới hạn ở bất cứ điểm nào bằng cách mở các rãnh tháo nước ngang hoặc đặt cống cấu tạo tại những vị trí cần thiết. Ánh nắng mặt trời là một nhân tố thuận lợi cho sự bền vững của mặt đường. Thực tế, nước đọng trên lớp mặt xe chạy và thấm xuống kết cấu áo đường làm giảm cường độ và tăng số lượng tai nạn do trơn trượt. Nhờ cĩ 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 cịn cĩ ảnh hưởng khơng tốt tới cường độ của vật liệu làm mặt đường, đặc biệt là đối với mặt đường nhựa, mặt đường bê tơng xi măng. Sự thay đổi của nhiệt độ trong ngày cĩ thể làm cho mặt đường co giãn, thể tích thay đổi khơng đều làm cho mặt đường nứt nẻ. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, mặt đường nhựa cĩ thể trở nên mềm, dẻo, nhất là khi dùng lượng nhựa, loại nhựa khơng hợp lý, trên mặt đường phát sinh làn sĩng, lún, vệt hằn bánh xe, chảy nhựa mặt đường. Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp, nhựa chĩng hĩa già, dịn làm mặt đường nứt gãy. Cuối cùng là giĩ. Giĩ cĩ thể cĩ tác dụng tốt khi thúc nhanh sự bốc hơi, nhưng cĩ khi lại gây khĩ khăn cho thi cơng. Ví dụ: cĩ thể nhiệt độ ngồi trời khá cao, giĩ vẫn làm nguội các tia nhựa trong lúc rải nhựa làm giảm tính dính bám của nhựa với đá, mặt khác khi đang tưới nhựa mà mặt đá bị giĩ 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 lượng của đất và các loại vật liệu đĩng một vai trị quan trọng, một mặt đối với kết cấu áo đường, mặt khác đối với lớp mặt chịu tác dụng của bánh xe chạy. Loại đất dùng để đắp nền đường thường được chọn là các loại đất cĩ 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 ngĩt nhiều khi bị thay đổi lớn về độ ẩm sẽ làm các lớp kết cấu mặt đường bên trên bị phá hủy nhanh chĩng. Với các mặt đường cấp thấp khơng được trải nhựa, chất lượng của vật liệu hạt như: kích cỡ hạt thành phần cấp phối, độ dính kết, cường độ, sức chịu mài mịn, tính nhạy cảm với nước là những yếu tố quyết định khả năng chống xĩi mịn và chống bánh xe mài mịn của mặt đường. Do vậy, để tránh những phá hoại sau này nhất thiết phải tơn trọng những quy định về chế tạo và thi cơng. Khi thi cơng mặt đường nhựa, những điểm cần tránh, đặc biệt là đối với vật liệu sỏi, đá gồm cĩ: - Cường độ khơng đủ; - Cấp phối hạt khơng đúng quy cách; - Vật liệu khơng đủ sạch; - Kích thước ngoại hình của vật liệu khơng đạt yêu cầu: hoặc quá nhiều hạt bị trịn cạnh , hoặc quá nhiều hạt dẹt; Khi thi cơng các loại mặt đường khác, các điều kiện tổng quát về đất và vật liệu tự nhiên cần phải đạt được các yêu cầu sau: - Cĩ độ ẩm thích hợp với việc thi cơng nền đất và đầm nén. - Cĩ độ trương nở thấp. - Cĩ đủ lực dính và cường độ chịu nén. - Cĩ đủ sức chịu đựng và cường độ cơ học để cho phép chịu được ứng suất lặp do tải trọng trùng phục của xe cộ gây ra. 8
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ - Cĩ đủ cường độ chịu nén. - Khơng nhậy cảm với nước. - Kích cỡ các hạt lớn nhất được giới hạn dưới 40 mm cho vật liệu làm lớp mĩng trên và 60 mm cho vật liệu làm lớp mĩng dưới để tránh bị phân tầng và dễ thi cơng. 2.1.2 Chất lượng kỹ thuật của đồ án thiết kế và của thi cơng Chất lượng kỹ thuật xấu của một đồ án thiết kế đường cĩ thể gây ảnh hưởng xấu, làm cho mặt đường chĩng suy giảm chất lượng. Ví dụ: Nếu thiết kế kết cấu áo đường khơng đặt được áo đường ở trên mực nước sẽ cĩ thể làm cho mặt đường sớm bị hư hỏng. Sự thiếu quan tâm đến các cơng trình chống xĩi các rãnh thốt nước hai bên cĩ thể dẫn đến hỏng dần rồi phá hoại hai bên lề đường. Một kết cấu áo đường quá mỏng thiết kế trên một nền đất yếu dẫn đến sự hư hỏng nhanh chĩng của mặt đường. Về phương diện thi cơng và chế tạo vật liệu, những sai sĩt chính cĩ thể dẫn đến rút ngắn tuổi thọ của con đường là: - Thiếu cơng đầm lèn; - Khi chuyên chở đá bị phân tầng, đá nhỏ và đá to bị phân tách; - Cân đong thiếu nhựa hoặc thiếu cốt liệu, khơng đúng quy định hoặc thất thường; - Nhiệt độ thi cơng nhựa đường quá thấp; - Màng nhựa chưa bao kín các hạt đá; - v.v Những quy định thi cơng chặt chẽ và sự tuân thủ chúng khi thi cơng là những điều kiện quan trọng cho sự bền vững của con đường sau này và sẽ làm đơn giản bớt được cơng việc bảo dưỡng sửa chữa đường. 2.1.3. Ảnh hưởng của cường độ vận chuyển (lưu lượng)và tải trọng xe. Sự hoạt động qua lại nhiều lần của các trục xe, áo đường bị bào mịn trên mặt và mỏi trong kết cấu. 1. Hiện tượng mài mịn Sự mài mịn 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 đường khơng rải nhựa, đối với mặt đường láng nhựa và bê tơng nhựa thì nĩ làm nhẵn mặt các viên đá. Sự mài mịn tuỳ thuộc vào cường độ vận chuyển, thành phần dịng xe (số lượng xe, loại xe nhẹ hay xe nặng) và vào tốc độ của xe. 2. Hiện tượng mỏi Hiện tượng mỏi xuất hiện phổ biến trên các đường nhựa, do sự khơng liên tục trong cấp phối của vật liệu và sự diễn biến khác nhau giữa một bên là mĩng đường và nền đường với một bên là lớp trên mặt đường. Sự mỏi của mặt đường cĩ nguyên nhân từ các lực thẳng đứng do truyền tải và các lực kéo nén tác dụng lên kết cấu mặt đường, trong bề dày áo đường 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. Cĩ thể thấy sự phát sinh trên đường những vết nứt dọc và nứt ngang khi mặt đường phải làm việc qúa giai đoạn đàn hồi của nĩ. Nhiều thử nghiệm đã được làm trên các mặt đường nhựa, đặc biệt là thử nghiệm AASHO đã cho thấy rất rõ là các hiện tượng mỏi này tuỳ thuộc khơng những vào số 9
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ lần lặp đi lặp lại của tải trọng bánh xe, mà cịn phụ thuộc rất nhiều vào trọng lượng của trục xe. Số lần lặp của tải trọng trên các mặt đường nhựa (khối lượng vận chuyển và hình thái các trục xe) tác động đến tuổi thọ của mặt đường khơng phải theo qui luật đường thẳng, mà theo một hàm số cĩ dạng hàm số lơgarit và cứ như thế mà các tác động trực tiếp của hiện tượng mỏi được thể hiện từ từ, càng trải qua nhiều thời gian (kể từ khi bắt đầu đưa đường vào khai thác) tác động tích luỹ lại càng nhiều hơn. Ở giai đoạn dài khởi đầu, cĩ thể dài hơn một nửa tuổi thọ cĩ ích của con đường (thậm chí cĩ thể 2/3) khơng thấy xuất hiện những hư hỏng cĩ thể trơng thấy được bằng mắt thường nếu cĩ một sự chăm sĩc tối thiểu cho lớp mặt. Nhưng sau giai đoạn này sẽ thấy xuất hiện giai đoạn phá hỏng càng ngày càng nhanh, nĩ được thể hiện bằng những vết nứt và những vết lún của bánh xe và dẫn đến mặt đường mất bằng phẳng và dần bị bong bật. 3. 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 đường giữ vai trị quyết định đến độ bền và tuổi thọ của kết cấu mặt đường, trong đĩ, tồn bộ tải trọng chất trên xe được phân bố qua các trục để thơng qua bánh xe truyền trực tiếp tải trọng xuống mặt đường. Tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường, căn cứ vào tải trọng, độ cứng của bánh xe và độ cứng của mặt đường mà diện tích truyền áp lực xuống cĩ thể lớn hay nhỏ, ảnh hưởng trực tiếp đến sự chịu tải của các lớp kết cấu mặt đường và của nền đường. Hình 2-1: Sơ đồ mơ tả trạng thái ứng suất của nền - mặt đường dưới tác dụng của tải trọng bánh xe. Xét về yếu tố tải trọng trục và bánh xe, nếu để cho các phương tiện cĩ mức độ trọng tải khơng hợp lý sẽ gây hư hỏng cho kết cấu mặt đường và các cơng trình cầu cống trên đường. Theo tài liệu nghiên cứu của Hội những người làm đường ơtơ và vận tải ở Mỹ (AASHTO), các loại xe tải thơng dụng hiện đang lưu thơng trên đường cĩ 4 kiểu trục xe cơ bản như sau: • Trục đơn – bánh đơn • Trục đơn – bánh kép • Trục kép – bánh đơn • Trục kép – bánh kép. 10
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hệ số chuyển đổi tải trọng của các loại xe kiểu trục đơn bánh kép và trục kép bánh kép về trục đơn bánh kép của xe tiêu chuẩn 80kN đã được tính với giả thiết: Chỉ số phục vụ ở cuối thời kỳ thiết kế Pt = 2,5, chỉ số kết cấu mặt đường mềm SN = 3 và BTXM dày 22cm. Hệ số chuyển đổi tải trọng của một số loại xe thơng dụng theo AASHTO (Bảng 2-1) Loại trục Tải trọng trục xe Hệ số quy đổi tải trọng xe (kN) (lbs) Mặt đường mềm Mặt đường cứng 8,9 2 000 0,0003 0,0002 44,5 10 000 0,118 0,082 62,3 14 000 0,399 0,341 Trục đơn 80,0 18 000 1,000 1,000 97,8 20 000 1,40 1,57 133,4 30 000 7,90 8,28 8,9 2 000 0,0001 0,0002 44,5 10 000 0,011 0,013 62,3 14 000 0,042 0,048 80,0 18 000 0,109 0,133 Trục kép 97,8 20 000 0,162 0,206 133,4 30 000 0,703 1,14 151,2 34 000 1,11 1,92 177,9 40 000 2,06 3,74 222,4 50 000 5,03 9,07 Qua kết quả tính nêu trong bảng 2-1, chúng ta thấy: nếu so sánh cùng kiểu trục đơn giữa 2 cấp tải trọng như trên thì nguy cơ gây hư hỏng mặt đường do xe vượt tải cĩ tải trọng trục đơn 30 000 lbs (133,4kN) gây ra sẽ gấp 7,9 lần so với tải trọng trục đơn tiêu chuẩn 18 000 lbs (80kN). Từ kết quả tính tốn nêu trong bảng, AASHTO đã đưa ra một số thơng báo như sau: • Để đạt được mức độ ảnh hưởng tới mặt đường tương đương như do xe cĩ tải trọng trục đơn tiêu chuẩn 80kN gây ra, thì với loại xe tải nhẹ cĩ tải trọng trục đơn 44,5kN phải tác động gấp 12 lần so với xe tiêu chuẩn. • Tương tự, để đạt được mức độ ảnh hưởng như nhau tới mặt đường do xe cĩ tải trọng trục đơn tiêu chuẩn 80kN gây ra trong một số lượt chạy nhất định, thì với xe tải nặng hơn cĩ tải trọng trục đơn 97,8kN chỉ được phép chạy bằng một nửa số lượt đĩ. • Nguy cơ gây hư hỏng mặt đường của xe cĩ tải trọng trục đơn tiêu chuẩn 80kN gấp 3000 lần so với xe con cĩ tải trọng trục đơn 8,9kN. • Cùng chịu một tải trọng như nhau là 133kN nhưng nguy cơ gây hư hỏng mặt đường của xe tải nặng trục đơn sẽ lớn gấp khoảng 11 lần so với xe trục kép. 11
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ 4. Diễn biến của các hiện tượng suy giảm chất lượng. Tình trạng của mặt đường ở một thời điểm nhất định là nhân tố quyết định những cơng việc bảo dưỡng sửa chữa phải được làm. Như vậy, rất quan trọng là phải biết đánh giá đúng tình trạng của đường, hoặc mắt nhìn thấy, hoặc ở trong kết cấu, trước khi lập kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa. Đến cuối giai đoạn diễn biến bình thường của nĩ, mặt đường nhựa bước sang một giai đoạn cĩ thể phát triển những biến dạng dẻo quan trọng. Mặt đường mất dần tính khơng thấm nước, và những hiện tượng phá hoại thứ cấp sẽ nhanh chĩng xuất hiện và dẫn tới sự hư hỏng hồn tồn. Trên những mặt đường cấp thấp khơng được trải nhựa, thường cĩ cường độ vận chuyển thấp hơn, những tác động làm mịn mặt đường vì vật liệu mất đi do bong bật sẽ càng rõ rệt nếu sự liên kết của lớp mặt xe chạy càng kém. Điểm cuối của quá trình diễn biến bình thường đối với loại mặt đường này là sự biến mất hồn tồn lớp mặt xe chạy. Diễn biến của các quá trình suy giảm chất lượng là khơng cĩ giới hạn và khơng nên quan niệm rằng chúng cĩ thể dần dần tiến đến ổn định theo thời gian. 2.2 CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP TRÊN ĐƯỜNG VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY RA 2.2.1 - Đối với mặt đường nhựa: 1. Tên loại hư hỏng Cĩc gặm Tên khác Vỡ mép đường Định nghĩa Hư hỏng kết cấu mặt đường dọc theo mép đường Đơn vị đo Chiều dài (m) Phương pháp đo Đo chiều dài vết cĩc gặm cĩ bề rộng vỡ > 150 mm tính từ mép đường cũ (trước khi vỡ) gần mép mặt đường nhất ở cả hai bên (kết quả lấy trịn số) Các nguyên nhân chính Lề đường bị xĩi mịn, đặc biệt là khi lề thấp hơn mặt đường tạo thành nấc. Do nước gây ra. Đầm khơng kỹ ở hai bên lề của mặt đường nhựa. Đường quá hẹp do vậy phương tiện giao thơng thường phải đi lấn lên lề. Hậu quả (Nếu khơng Mức độ hư hỏng sẽ tăng nhanh vào mùa mưa. sửa chữa) Đường hẹp sẽ gây nguy hiểm. 12
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-2: Sơ đồ định nghĩa hư hỏng "Cĩc gặm" Hình 2-3: Hư hỏng "Cĩc gặm" 13
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ 2. Tên loại hư hỏng Nứt lớn (bề rộng vết nứt > 5 mm) Trạng thái Các vết nứt lớn xuất hiện dưới các dạng nứt dọc, nứt ngang, nứt hình Parabol, nứt chéo hoặc nứt ngoằn ngoèo. Định nghĩa Các vết nứt rộng trên lớp vật liệu mặt, xuất hiện do quá tải, do vật liệu mỏi hoặc cường độ kém. Đơn vị đo Chiều dài (m) Phương pháp đo Các vết nứt lớn (rộng > 5 mm) được đo bằng thước đo độ rộng vết nứt hoặc bất cứ dụng cụ nào phù hợp cĩ vạch chia 5 mm. Chiều dài của mỗi vết nứt lớn cần được cộng dồn trong phạm vi mỗi phân đoạn hư hỏng và được ghi vào mẫu biểu. Lưu ý: Tổng chiều dài của các vết nứt lớn cĩ thể vượt quá chiều dài của một phân đoạn nếu cĩ một số lượng lớn các vết nứt chạy song song dọc theo phân đoạn đĩ. Các nguyên nhân chính Chất lượng vật liệu kém. Trình độ tay nghề kém. Độ dày mặt đường thiếu. Hỗn hợp nhiều chất kết dính, mềm hoặc do độ liên kết kém giữa lớp mặt và lớp mĩng. Hậu quả (Nếu khơng Giảm cục bộ hoặc tồn bộ chất lượng kết cấu mặt sửa chữa) đường. Hình 2-4: Hư hỏng nứt lớn 14
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-5: Vết nứt ngang 3. Tên loại hư hỏng Nứt lưới Tên khác Nứt da cá sấu, nứt nối tiếp hoặc liên kết, nứt hình chữ nhật. Định nghĩa Một loạt các vết nứt đan xen nhau trên lớp mặt, đơi khi dạng nứt này tạo ra các hình đa giác lớn với các gĩc nhọn. Đơn vị đo Diện tích (m 2) Phương pháp đo Diện tích của mỗi khu vực nứt lưới được cộng dồn trong phạm vi mỗi phân đoạn hư hỏng và được ghi vào mẫu thích hợp (kết quả lấy trịn số). Lưu ý: Tổng diện tích của khu vực nứt lưới khơng thể vượt quá diện tích mặt đường của phân đoạn đĩ. Các nguyên nhân chính Chất lượng vật liệu kém. Trình độ tay nghề kém. Độ dày mặt đường khơng đủ. Các vết nứt lớn khơng được sửa chữa kịp thời. Hậu quả (Nếu khơng Mất lớp mặt và sau đĩ ổ gà cĩ thể phát triển tạo ra các sửa chữa) điểm lún cục bộ và dẫn đến giảm chất lượng kết cấu mặt đường. 15
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-6: Các d ạ ng n ứ t l ướ i 4. Tên loại hư hỏng Bong trĩc Tên khác Bong bật Định nghĩa Bong lớp láng mặt (đá nhỏ và chất kết dính) khỏi mặt đường do độ liên kết kém giữa lớp láng (láng mặt) và lớp mặt đường phía dưới. Đơn vị đo Diện tích (m 2) Phương pháp đo Diện tích của mỗi khu vực bong trĩc được cộng dồn trong phạm vi mỗi phân đoạn hư hỏng và được ghi vào mẫu thích hợp (kết quả lấy trịn số). Lưu ý: Tổng diện tích của khu vực bong trĩc khơng thể vượt quá diện tích mặt đường của phân đoạn đĩ. Các nguyên nhân chính Độ liên kết kém giữa lớp láng và lớp mặt đường phía dưới. Dùng đá bẩn để láng mặt. Đá nhỏ chưa được lèn sâu xuống mặt đường. Chất lượng trộn hoặc tay nghề kém. Chất kết dính khơng đủ hoặc tưới khơng đều. Hậu quả (Nếu khơng Bong dần lớp mặt. sửa chữa) 16
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-7: Bong trĩc Hình 2-8: Hình thái bong trĩc 5. Tên loại hư hỏng Ổ gà nơng (chiều sâu < 50 mm) Định nghĩa Những vết lõm nơng, nhỏ hình chiếc bát (thường cĩ đường kính < 1,0 m) cĩ cạnh sắc và mép thẳng đứng. Mất nhiều đá nhỏ ở lớp mặt. Đơn vị đo Diện tích (m 2) Phương pháp đo Đo chiều sâu ổ gà nơng (chiều sâu < 50 mm) cần được đo bằng cách đặt dụng cụ đo thích hợp (nêm, thước dây, thước thẳng) dưới một chiếc thước thẳng 2 m. Kết quả đo diện tích của mỗi ổ gà nơng cần sửa chữa phải được làm trịn số; tổng diện tích các ổ gà nơng của mỗi phân đoạn hư hỏng cần được ghi vào mẫu thích hợp. Lưu ý: Tổng diện tích của các ổ gà nơng cần sửa chữa khơng thể vượt quá diện tích mặt đường của phân đoạn đĩ. 17
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Các nguyên nhân chính Chất lượng vật liệu mặt đường kém. Thấm nước. Mất vật liệu hạt do giao thơng gây ra. Nứt lưới hoặc các điểm lún khơng được sửa chữa kịp thời. Hậu quả (Nếu khơng Sẽ phát triển thành ổ gà cĩ diện tích rộng hơn và sâu sửa chữa) xuống lớp dưới. Hình 2-9: Hư hỏng " ổ gà" Hình 2-10: "ổ gà " nơng 18
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ 6. Tên loại hư hỏng Ổ gà sâu (chiều sâu > 50 mm) Định nghĩa Những vết lõm sâu, nhỏ hình chiếc bát (thường cĩ đường kính 50 mm) cần được đo bằng cách đặt dụng cụ đo thích hợp (nêm, thước dây, thước thẳng) dưới một chiếc thước thẳng 2 m. Kết quả đo diện tích của mỗi ổ gà sâu cần sửa chữa phải được làm trịn số ; tổng diện tích các ổ gà sâu của mỗi phân đoạn hư hỏng cần được ghi vào mẫu thích hợp. Lưu ý: Tổng diện tích của các ổ gà sâu cần sửa chữa khơng thể vượt quá diện tích mặt đường của phân đoạn đĩ. Các nguyên nhân chính Chất lượng vật liệu mặt đường kém. Thấm nước. Mất vật liệu hạt do giao thơng gây ra. Các ổ gà nơng khơng được sửa chữa kịp thời. Nứt lưới hoặc các điểm lún khơng được sửa chữa kịp thời. Hậu quả (Nếu khơng Sẽ phát triển thành ổ gà cĩ diện tích rộng hơn và sâu sửa chữa) xuống các lớp dưới. Hình 2-11: "ổ gà" sâu 19
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ 7. Tên loại hư hỏng Lún vệt bánh Định nghĩa Tạo ra vết lún dài trên mặt đường dọc theo vệt bánh xe. Đơn vị đo Diện tích (m 2) Phương pháp đo Chỉ đo các vết lún lớn hơn 20 m với độ sâu “ đại diện” khoảng 25 mm dùng một thước thẳng 2 m đặt ngang vết lún. Kết quả đo diện tích của lún vệt bánh cần được làm trịn số. Các nguyên nhân chính Cường độ mặt đường khơng thích hợp với lưu lượng giao thơng chạy trên đường. Tính khơng ổn định của lớp mặt nhựa. Tải trọng trùng phục của xe cộ. Nhiệt độ trên mặt đường quá cao. Hậu quả (Nếu khơng Nước sẽ đọng, thấm xuống mặt đường và sẽ làm tăng sửa chữa) nhanh độ lún vệt bánh xe, dẫn đến tình trạng nứt nghiêm trọng mặt đường và sau đĩ là vỡ mặt đường. Hình 2-12: Sơ đồ biểu diễn hư hỏng lún vệt bánh 20
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-13: Trạng thái lún vệt bánh trên mặt đường nhựa 8. Tên loại hư hỏng Lún lõm (chiều sâu từ 30 mm đến 120 mm) Định nghĩa Diện tích mặt đường bị lún lõm cục bộ, lẻ tẻ với kích thước hạn chế, thường là dọc theo các vệt bánh xe. Đơn vị đo Diện tích (m 2) Phương pháp đo Kết quả đo diện tích của mỗi vị trí lún lõm mặt cục bộ cần được làm trịn số. Chiều sâu lún lõm đo bằng cách dùng một thước thẳng 2 m đặt theo chiều ngang mặt đường và một dụng cụ cĩ khắc vạch tới đơn vị mm để đo chiều sâu lún lõm. Các nguyên nhân chính Do vật liệu lớp mĩng, mặt đường hoặc nền đắp khơng được đầm chặt theo yêu cầu và cĩ sự lèn xếp lại vật liệu trong quá trình xe chạy. Cường độ kết cấu mặt đường khơng thích hợp. Tính khơng ổn định của lớp mặt nhựa. Hậu quả (Nếu khơng Mức độ lún lõm mặt sẽ tăng nhanh, liên tục trong mùa sửa chữa) mưa, làm đọng nước trên mặt đường và sẽ gây ra tình trạng mặt đường bị vỡ nếu như nước thấm xuống dưới mặt đường. Làm tăng độ xĩc khi xe chạy, gây mất an tồn giao thơng khi mật độ lún lõm mặt quá nhiều. 21
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-14: Hư hỏng lún lõm 9. Tên loại hư hỏng Lún sâu (chiều sâu > 120 mm) Định nghĩa Diện tích lún sâu cục bộ với kích thước hạn chế trên mặt đường, thường là dọc theo các vệt bánh xe. Đơn vị đo Diện tích (m 2) Phương pháp đo Kết quả đo diện tích của mỗi vị trí lún sâu cục bộ cần được làm trịn số, nếu độ sâu > 120 mm được đo bằng cách dùng một thước thẳng 2 m đặt theo hướng xe chạy hoặc dọc theo vệt lún bánh xe. Các nguyên nhân chính Cường độ kết cấu mặt đường khơng thích hợp. Tính khơng ổn định của lớp mặt nhựa. Hậu quả (Nếu khơng Mức độ lún sâu sẽ tăng nhanh, liên tục trong mùa mưa và sửa chữa) sẽ gây ra tình trạng mặt đường bị vỡ nếu như nước thấm xuống mặt đường. Làm tăng độ xĩc khi xe chạy, gây mất an tồn giao thơng khi mật độ lún lõm mặt quá nhiều. 22
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-15: Hư hỏng lún sâu 10. Tên loại hư hỏng Miếng vá Tên khác Vá ổ gà/ cao su/ nứt lưới/ lún vệt bánh/ cĩc gặm/ bong trĩc; xử lý nước đọng ở mặt đường, sửa chữa nhỏ. Định nghĩa Đây là các miếng vá nhằm sửa chữa nhỏ, cục bộ lớp mặt để phục hồi hư hỏng, xử lý đọng nước ở mặt đường.v.v. nĩ phản ánh điều kiện trước đây của đường và bản thân nĩ cũng bị hư hỏng. Trong đánh giá trạng thái hư hỏng của mặt đường, miếng vá cũng được tính đến. Đơn vị đo Diện tích (m 2) Phương pháp đo Kết quả đo diện tích miếng vá cần được làm trịn số và được cộng dồn trong phạm vi một phân đoạn đường. Lưu ý: Miếng vá cĩ thể cĩ diện tích lớn nhưng khơng được vượt quá diện tích mặt đường và khơng được cĩ bất cứ hư hỏng lớn nào trên đĩ. Tuy nhiên, nếu phát hiện thấy cĩ hư hỏng nào trong phạm vi miếng vá cần phải ghi lại cụ thể loại hư hỏng đĩ vào mẫu tương ứng, ví dụ như cĩc gặm, nứt lớn, nứt lưới, bong trĩc, ổ gà, lún hoặc cao su. 23
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-16 : Hư hỏng dạng miếng vá 11. Tên loại hư hỏng Cao su mặt đường. Định nghĩa Diện tích mặt đường bị biến dạng lớn và rạn nứt dưới tác dụng của bánh xe. Khi cĩ tải trọng xe thì lún võng xuống, khi xe đi qua lại đàn hồi trở lại gần như cũ. Kết cấu mặt đường dần dần sẽ bị phá vỡ một phần hay hồn tồn, đơi khi bùn đất và mặt nhựa bị trồi lên. Đơn vị đo Diện tích (m 2) Phương pháp đo Quan sát bằng mắt khi xe tải nặng chạy qua để xác định vị trí bị cao su nền. Dùng thước đo diện tích cao su nền. Kết quả đo diện tích của mỗi vị trí cao su nền cần được làm trịn số. Xác định cụ thể theo từng vị trí. Các nguyên nhân chính Đất nền đường yếu do trước đây đầm lèn khơng đạt độ chặt yêu cầu. Nước ngầm hoạt động cao. Kết cấu áo đường mỏng khơng đủ khả năng chịu lực dưới tác dụng của tải trọng xe (nhất là xe nặng), qua quá trình trùng phục dẫn đến kết cấu bị phá hoại. 24
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hậu quả (Nếu khơng Mức độ cao su sẽ tăng nhanh, liên tục trong mùa mưa sửa chữa) và sẽ gây ra tình trạng mặt đường bị vỡ nếu như nước thấm xuống mặt đường, gây mất an tồn giao thơng. 2.2.2 - Đối với mặt đường bê tơng xi măng. 1. Tên loại hư hỏng: Vết nứt Các vết nứt thường được phân loại theo hướng phát triển và chiều rộng vết nứt, bao gồm 5 loại sau: vết nứt ngang, vết nứt dọc, vết nứt chéo, vết nứt dẻo, vết nứt hỗn hợp. Chiều rộng vết nứt được đo trên bề mặt tấm bản, gồm cĩ vết nứt hẹp nhỏ hơn 0,5mm, vết nứt trung bình từ 0,5 ÷ 1,5mm và vết nứt rộng hơn 1,5mm. Các nguyên nhân chính: *Vết nứt ngang: Vết nứt ngang cĩ thể do các nguyên nhân sau: - Chiều dài phần khơng cĩ cốt gia cường quá lớn. - Thiếu bố trí vật liệu cốt gia cường. - Mối nối khơng dịch chuyển tự do được. - Cắt mối nối quá muộn. - Mức độ cản trở cao tại mặt tiếp giáp tấm bản và đáy mĩng. - Ăn mịn cốt thép do nước muối xâm nhập và các mối nối trung bình đến rộng chưa được lấp kín. - Tải trọng khơng được phân bố tại các mối nối. Hình 2-17: Nứt do cắt mối nối chậm * Vết nứt dọc: Vết nứt dọc cĩ thể do một số nguyên nhân sau: - Chiều rộng tấm bản quá lớn, trong thực tế thường khơng bố trí nhiều tấm bản nằm ngang nhằm giảm số lượng mối nối dọc. Với các vật liệu làm cốt bình thường thì thép là vật liệu được sử dụng bố trí nằm ngang dọc theo chiều dài tấm bản. - Vị trí khe nứt đáy khơng chính xác: đối với cơng trình mặt đường thường được tạo bởi hai hay nhiều tấm theo chiều rộng, phân chia bởi các mối nối dọc giống như khe co ngĩt, trong đĩ sự khác nhau chủ yếu là mối nối dọc cĩ các thanh liên kết khác với các thanh truyền lực. Vị trí khe tạo nứt đáy đặt khơng đúng chỗ sẽ gây ra nứt uốn khúc ở lân cận mối nối dọc. 25
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-18: Mối liên kết dọc - Mĩng đường khơng bằng phẳng theo chiều dọc do điều kiện thốt nước khơng tốt gây nên sự biến đổi quá lớn độ ẩm của lớp nền đất phía dưới. - Khơng cĩ các mối nối dãn nỡ và co ngĩt 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 nĩ là do chất lượng của lớp mĩng khơng đồng đều, tại một vị trí nào đĩ được xây dựng bằng vật liệu tốt hơn xung quanh. *Vết nứt dẻo: Hiện tượng nứt dẻo hồn tồn khác với các vết nứt nêu trên, nĩ cĩ thể xuất hiện rất sớm ngay sau khi đầm nén bêtơng, đơi khi dưới 1 giờ, vết nứt dẻo thường xuất hiện thành từng nhĩm ngắn gần như song song với nhau và chếch với cạnh tấm. Nguyên nhân chính là do sự mất mát nhanh chĩng độ ẩm trên bề mặt tấm bản và phần lớn xuất hiện trong những ngày nắng kết hợp với giĩ hanh khơ. Việc bảo dưỡng tốt bêtơng sau khi đầm nén sẽ khắc phục được hiện tượng này. * Vết nứt hỗn hợp: Đây là dạng vết nứt khác với 4 loại trên, nĩ cĩ thể xuất hiện ở các vị trí cá biệt, phổ biến là xung quanh các tấm đan đậy các hố ga trên mặt đường. Nguyên nhân là do cấu tạo đơn giản hoặc do tấm bản chịu ứng suất cục bộ. 2. Tên loại hư hỏng: Miếng vỡ gĩc cạnh Các cạnh nhọn của mối nối cĩ thể bị vỡ do nhiều nguyên nhân khác nhau và ảnh hưởng theo các chiều sâu khác nhau. a - Vỡ nơng: Các khe co ngĩt thi cơng ướt tạo khe, nếu đặt bằng các thanh gỗ chưa qua xử lý thì nĩ sẽ hút nước từ bêtơng và gây ra ứng suất ở lân cận khe, để khắc phục nên sử dụng các thanh bằng vật liệu dẻo để tạo chiều rộng khe. Mặt khác, nếu tạo khe lại để thanh chèn bị nghiêng theo phương thẳng đứng từ 100 trở lên cũng gây nên hư hỏng loại này. 26
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-19: Vỡ do khuơn rãnh bị lệch b - Vỡ sâu: Loại vết vỡ này phát triển bên dưới chiều sâu của khe co ngĩt, thậm chí cịn dưới cả thanh truyền lực, các nguyên nhân chính: - Khe giảm yếu ở đáy bị lệch so với khe trên mặt đường. - Thanh truyền lực bị lệch Hình 2-20: Vỡ sâu do khe nứt đáy bị lệch 3. Tên loại hư hỏng: Tấm bản bị lún và chuyển vị Đối với các tấm bản khơng cĩ thanh truyền lực xây dựng trên lớp mĩng vơ hạn cĩ thể sinh ra các “bậc” tại mối nối, nguyên nhân chính là do chuyển vị của lớp mĩng dưới, khi ơtơ chạy qua mối nối phần tấm ở phía tiếp cận sẽ bị võng xuống và khi bánh xe rời khỏi vị trí đĩ thì nĩ nhanh chĩng vồng về phía trên tạo ra một vùng áp lực thấp giữa tấm bản và lớp mĩng dưới khiến cho vật liệu nằm dưới tấm bản chuyển đến vị trí khác của mối nối. Sau nhiều lần xe qua lại, một khối lượng đáng kể vật liệu chuyển vị ngang qua mối nối làm “tạo bậc”. 2.3 HƯ HỎNG CÁC BỘ PHẬN CHUNG CHO MỌI LOẠI ĐƯỜNG Trong phần này ta sẽ phân tích các loại hư hỏng sau: - Hư hỏng các bộ phận phụ của đường; - Hư hỏng các thiết bị và cọc tiêu biển báo; - Hư hỏng các cơng trình tiêu nước và thốt nước; 2.3.1 Hư hỏng các bộ phận phụ của đường Bao gồm các loại sau: - Cây cối lấn đường; - Cát lấn; - Ta luy đường đắp bị xĩi mịn; - Ta luy nền đường bị sụt lở; 27
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ - Những tác nhân phá hoại khác và những trở ngại giao thơng; 1. Cây cối lấn đường Hiện tượng cây cối lấn đường là một hiện tượng tự nhiên, nĩ làm giảm rất nhiều tầm nhìn và vì thế mà làm giảm an tồn, nhất là trong các đoạn đường cong. Cũng vì thế mà, do hiệu ứng hai bên thành, người lái xe bị ép đưa xe vào phía trục đường, gây nên hiện tượng mịn kiểu chữ W. Khi đường đi qua rừng, cây mọc lấn đường cả ở trong và ngồi rãnh thốt nước làm giảm ánh sáng mặt trời và khĩ bốc hơi nước, gây nhiều khĩ khăn cho giao thơng sau khi trời mưa. Khi đường cĩ trồng cây ở hai bên đường, cần phải theo dõi chặt chẽ sự sinh sơi nảy nở của chúng, khơng để cỏ dại lấn vào hàng cây làm cho mục tiêu trồng cây bị mất đi (mỹ quan, an tồn, chắn nắng, chắn giĩ, ). Việc cây cối phát triển hỗn độn dọc tuyến đường cần được theo dõi vì những lý do kỹ thuật (gây chướng ngại, làm giảm kích thước thơng xe) và an tồn (tầm nhìn, cành rơi). 2. Cát lấn Đây là hiện tượng giĩ thổi đưa cát đến lấn đường, một hiện tượng đặc thù của các đường ở vùng duyên hải. Cát cũng cĩ thể do mưa lớn xĩi ùn xuống những đoạn đường thấp. Cát cĩ thể ngập cả mặt đường gây mất an tồn giao thơng, lấp mương rãnh thốt nước gây mất an tồn cho đường. 3. Ta luy đường đắp bị xĩi mịn Hiện tượng này là hậu quả của việc nước mưa từ trên nền đường chảy trút xuống mặt ta luy, đặc biệt là hay xuất hiện ở các chỗ tiếp giáp với các tường cánh hoặc tường ơm phía sau các mố cầu. Nguyên nhân của hiện tượng này cĩ thể do tiêu nước khơng tốt (khơng cĩ những rãnh tiêu nước từ trên ta luy xuống). Hình 2-21: Ta luy đường đắp bị xĩi mịn 4. Ta luy nền đường bị sụt lở Sụt lở cĩ thể gây ra bởi: - Độ dốc ta luy đường đào hoặc đường đắp quá đứng, đất lại kém dính kết; - Tiêu nước khơng tốt ở các triền đất bên trên; - Cĩ những lớp nước treo hoặc xen trong các lớp đất. 28
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-22: Ta luy đường đào bị sạt lở 5. Những tác nhân phá hoại khác và những trở ngại giao thơng Ở các vùng đất rừng, cây bị đổ vì giĩ là trở ngại - thậm chí nguy hiểm nghiêm trọng cho giao thơng. Rễ cây phát triển trong thân đường cĩ thể là một tác nhân phá hoại khơng đề phịng nổi. Các tác nhân gây rối cĩ thể là các lồi vật: một đàn vịt hàng nghìn con vượt ngang qua đường dày xéo lên lề đường và ta luy, mối làm tổ trong lề đường hoặc các rãnh thốt nước, cày cáo và cua càng đào hốc ở, làm hỏng đường. Ở các vùng quê cĩ thể thấy tác động của con người: đào đất làm gạch ở lề đường và ta luy đường, lấp rãnh thốt nước để tiện lối đi, hoặc đắp mương tát nước ngang qua mặt đường. 2.3.2 Hư hỏng các thiết bị của đường. Các cọc tiêu, biển báo hiệu và các thiết bị phịng hộ là những bộ phận của đường phục vụ cĩ mục đích đảm bảo an tồn giao thơng. Chúng cĩ thể bị hư hỏng vì các tai nạn, bị kẻ xấu phá hoại, bị mịn vì sử dụng quá lâu hoặc vì tác động của lượng vận chuyển. Cĩ thể phân chia ra các hư hỏng sau: - Các tín hiệu dọc (cọc tiêu, biển báo hiệu); - Các thiết bị phịng hộ; 1. Hư hỏng các tín hiệu dọc (cọc tiêu, biển báo hiệu) Những hư hỏng của cọc tiêu, biển báo hiệu là dễ sửa chữa khi chúng bị hư hại vì tai nạn hay kẻ xấu phá. Rất cần thiết phải sửa chữa ngay khi những hư hỏng này gây cản trở tác dụng bình thường của chúng. 29
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 2-23: Cọc tiêu, biển báo bị mờ, bẩn do tác động của xe chạy. 2. Hư hỏng các thiết bị phịng hộ Các thiết bị phịng hộ gồm cĩ các tường chắn hoặc hàng rào, các gờ trượt trên các đường 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 cĩ khẩu độ hẹp, .v.v . Các thiết bị này cĩ thể bị hư hại vì các tai nạn giao thơng và mức độ hư hại tuỳ thuộc vào cấu trúc, độ chắc chắn của thiết bị . Hình 2-24: Hư hỏng thiết bị gờ trượt kim loại. 2.3.3 Hư hỏng các cơng trình tiêu nước và thốt nước Cĩ thể thấy các hư hỏng sau: - Xĩi lùi dần các rãnh tiêu nước; - Lắng đọng đất cát trong rãnh; - Hư hỏng các cơng trình thốt nước; 1. Xĩi lùi dần các rãnh tiêu nước. 30
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Đây là một bài tốn luơn luơn được các nhà xây dựng đường quan tâm. Hiện tượng xĩi này cĩ nguyên nhân từ rãnh quá dài, và (hoặc) tiết diện rãnh khơng đủ. Để khắc phục, cần rút ngắn cự ly giữa các cống tiêu nước hoặc gia cố chống xĩi cho rãnh. Hình 2-25: Hiện tượng xĩi lùi dần rãnh thốt nước Hình 2-26: Một hình thức gia cố chống xĩi cho rãnh 31
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ 2. Lắng đọng đất cát trong rãnh thốt nước. Hiện tượng lắng đọng đất cát trong rãnh là biểu hiện của độ dốc dọc khơng đủ của các rãnh, hoặc rãnh bị tắc ở hạ lưu. 3. Hư hỏng các cơng trình thốt nước Các cơng trình thốt nước bao gồm cống trịn hoặc cống xây cĩ nắp, thường hay bị: - Cát lấp vì việc đặt chúng tạo nên một điểm bất thường trên dịng chảy của nước; - Xĩi sâu vì thiếu bảo hộ chống xĩi hoặc khi cơng trình chịu áp lực nước; - Xắc vì tồn bộ hoặc cục bộ bị cây cỏ lấp, đất cát lắng đọng; Trong mọi trường hợp, việc trước tiên phải làm là tìm nguyên nhân gây ra cát lấp hoặc đào xĩi và sửa chữa ngay từ gốc. Hình 2-27: Xĩi sân cống hạ lưu Hình 2-28: Hư hỏng do mĩng cống bị lún, mối nối cống xử lý khơng tốt Hình 2-29: Tắc cống 32
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ CHƯƠNG 3 ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG MẶT ĐƯỜNG 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG Trong quá trình sử dụng mặt đường, do tác dụng trùng phục của xe chạy và của các nhân tố tự nhiên nên tính năng sử dụng của nĩ bị xấu đi liên tục, kết cấu mặt đường dần dần xuất hiện các hiện tượng biến dạng và cuối cùng đi tới trạng thái hư hỏng. Để cĩ căn cứ quyết định các biện pháp bảo dưỡng sửa chữa và tiến hành thiết kế tăng cường hoặc cải tạo, cần phải tiến hành điều tra phân tích tình trạng mặt đường hiện cĩ. Tính năng sử dụng của mặt đường bao gồm ba mặt: Chất lượng chạy xe của mặt đường, năng lực chống trơn trượt và năng lực chịu tải của kết cấu mặt đường. Các tính năng sử dụng ba mặt nĩi trên tuy cĩ sự khác biệt, nhưng lại cĩ mối liên hệ nội tại nhất định; tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa thể tìm được những tương quan chắc chắn, tin cậy giữa chúng nên khĩ cĩ thể dùng một định nghĩa tổng hợp để biểu thị chúng, mà chỉ cĩ thể sử dụng các định nghĩa và các phương pháp đánh giá khác nhau cho từng mặt tính năng đĩ. 3.2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CHẠY XE CỦA MẶT ĐƯỜNG Chất lượng chạy xe của mặt đường liên quan mật thiết đến tính êm thuận, tốc độ chạy xe, mức tiêu hao nhiên liệu và hao mịn máy mĩc v.v đối với ơtơ chạy trên đường. Đánh giá chất lượng chạy xe đối với mặt đường cĩ liên quan đến các yêu cầu về độ bằng phẳng của mặt đường, về động thái phản ứng khi lái xe và về mức độ êm thuận yêu cầu. Năng lực phục vụ của mặt đường: Chất lượng chạy xe hoặc mức độ êm thuận do mặt đường tạo ra được gọi là năng lực phục vụ của mặt đường. Do cĩ sự khác biệt rất lớn về khả năng cảm thụ và về yêu cầu đối với mặt đường của các loại người sử dụng đường, thêm vào đĩ cách nhìn nhận, xem xét vấn đề cũng khác nhau, do vậy, các ý kiến và cách đánh giá về năng lực phục của mặt đường thường mang tính chủ quan ở mức độ nhất định và đối với mỗi người mỗi khác. Cĩ thể tổ chức một nhĩm cho điểm đánh giá gồm các cán bộ phụ trách các mặt cơng tác khác nhau như: người thiết kế, người thi cơng, bảo dưỡng, cung ứng vật liệu, nghiên cứu khoa học, nhân viên quản lý và cả các lái xe, các hành khách, cùng cả cán bộ của nhà máy chế tạo ơ tơ v.v ; nhĩm này cùng đi xe, cho xe chạy trên đoạn đường được chọn để điều tra với một tốc độ nhất định, mỗi người trong nhĩm trên xe sẽ dựa vào ý kiến riêng của mình đối với năng lực phục vụ của đoạn đường đĩ để đánh giá bằng hình thức cho điểm. Tổng hợp điểm đánh giá của các thành viên trong nhĩm sẽ cĩ thể thu được một điểm cho trung bình. Số điểm này đại biểu cho giá trị dự đốn trung bình của các người sử dụng đường đối với năng lực phục vụ hiện cĩ của đoạn đường và được gọi là cấp đánh giá năng lực phục vụ PSR (Present Serviceability Rating). Điểm đánh giá cĩ thể dùng theo hệ 5 điểm, điểm cho như biểu thị ở bảng 3-1. Người cho điểm cần phải tự riêng mình cho điểm trong tình huống khơng cĩ trao đổi với nhau. Điểm cho của mọi người thường chênh lệch nhau rất lớn. Để đảm bảo tính 33
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ đại biểu của trị số PSR, nhĩm đánh giá nên cĩ đủ số người, thường khơng được ít hơn 7 ~ 10 người. Bảng cho điểm đánh giá năng lực phục vụ hiện thời (Bảng 3 - 1) Tuyến đường: Đoạn đường: Loại mặt đường: Số xe: Ngày tháng: Người cho điểm: 5 Rất tốt Cĩ thể tiếp nhận khơng Ảnh hưởng của các yếu tố đối với PSR 4 Tốt Cĩ thể B/dạng dọc B/d ngang Khơng ảnh ảnh ảnh 3 Khơng thể Trung bình Nứt ảnh hưởg hưởg hưởg Khơng rõ Làn sĩng hưởng ít tươg rõ rệt 2 Hư hỏng bề đối Kém mặt 1 Rất kém 0 Ngồi việc cho điểm về năng lực phục vụ, các người nhận xét đánh giá cịn cần cho câu trả lời đối với câu hỏi: mặt đường với trạng thái như vậy cĩ thể chấp nhận được khơng. Tổng hợp các câu trả lời này sẽ cĩ thể tìm được một cách gần đúng phạm vi điểm giới hạn; mặt đường cĩ trị số PSR cao hơn phạm vi điểm giới hạn này sẽ thuộc mặt đường cĩ năng lực phục vụ là loại chấp nhận được, cịn thấp hơn thì mặt đường thuộc loại khơng thể chấp nhận được mà địi hỏi cần cĩ các biện pháp dưỡng hộ tương ứng. Theo kinh nghiệm của nước Mỹ, đối với mặt đường trên các tuyến chính yếu thì thường nếu PSR cao hơn 2,5 mặt đường sẽ thuộc loại cĩ thể chấp nhận được; cịn đối với mặt đường trên các tuyến thứ yếu thì trị số PSR giới hạn khoảng bằng 2,0. Qua khi phân tích, người ta thấy: nhân tố chủ yếu về tình trạng đường sá cĩ ảnh hưởng đến năng lực phục vụ của mặt đường là độ bằng phẳng, tỷ trọng của nĩ cĩ thể tới 95%; do đĩ, độ bằng phẳng trở thành yếu tố quan trọng nhất dùng để đánh giá năng lực phục vụ của mặt đường và việc đo độ bằng phẳng của mặt đường cũng trở thành nội dung chủ yếu trong việc điều tra trạng thái đường sá. Đo độ bằng phẳng của mặt đường: Hiện nay, thiết bị đo độ bằng phẳng các nước đang sử dụng cĩ rất nhiều loại, cĩ thể tĩm tắt gồm hai loại chính: A. Loại thiết bị đo mặt cắt Thiết bị loại này trực tiếp đo được mặt cắt dọc bề mặt đường theo vệt lăn bánh, sau đĩ thơng qua việc xử lý số học tìm ra một trị số thống kê nào đĩ dùng để phản ánh độ bằng phẳng của đường. Loại thiết bị này chủ yếu cĩ các máy kiểu dưĩi đây : 1. Thiết bị đo mặt cắt GMR (General Motor Roadmeter) 34
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý thiết bị GMR Trên khung xe lắp 2 bánh xe nhỏ chỉ lăn theo khi chúng tiếp xúc với mặt đất; dùng chuyển vị kế tuyến tính để đo chuyển vị tương đối giữa khung xe và mặt đường mà bánh xe nhỏ tiếp xúc W - Z, đồng thời đo gia tốc Z" của chuyển vị này bằng gia tốc kế lắp ở trên khung xe tại chỗ phía trên bánh xe nhỏ; từ đĩ tích phân 2 lần đối với các tín hiệu thu được sẽ biết được chuyển vị Z của khung xe. Từ chuyển vị của khung xe cùng với chuyển vị tương đối, sau khi xử lý sẽ cĩ thể tìm được chuyển vị thẳng đứng W của bánh xe nhỏ tuỳ theo sự lồi lõm của mặt đường, đĩ cũng chính là mặt cắt bề mặt đường theo vệt bánh. Do loại thiết bị này cĩ sử dụng bánh xe nhỏ lăn theo nên nếu xe chạy quá nhanh và bề mặt đường tương đối khơng bằng phẳng thì bánh xe lăn theo này cĩ thể dễ bị "nhẩy" làm ảnh hưởng đến kết quả ở mức độ nhất định. Vì vậy, tốc độ đo của thiết bị GMR thường khơng vượt quá 65 Km/h, thích hợp với việc đo đối với mặt đường tương đối bằng phẳng hoặc sử dụng khi nghiệm thu cơng trình vừa mới hồn thành. 2. Thiết bị phân tích trắc dọc của mặt đường APL (Analyseur de profil en long) Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý của máy APL Thiết bị này là một xe đo rơ moĩc kéo theo gồm các bộ phận sau: bánh xe lăn theo độ lồi lõm của bề mặt đường, càng đỡ bánh xe, khung giá cĩ lắp lị so và con lắc dao động quán tính với tần số thấp. Rơ moĩc được kéo theo ở những tốc độ khác nhau, thơng thường từ 20km/h đến 70km/h tùy theo loại mặt đường. Con lắc quán tính để tạo ra một hệ nằm ngang chuẩn; thơng qua việc đo chuyển vị gĩc của càng đỡ bánh xe so với con lắc quán tính nằm ngang bằng máy tính và xử lý theo tốc độ đo, sẽ tính ra được chuyển vị thẳng đứng của bánh xe lăn trên bề mặt đường. 35
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Kết quả đo thử độ bằng phẳng của đường trên thế giới cho thấy thiết bị APL cĩ thể dùng cho mặt đường cĩ độ bằng phẳng khác nhau (bao gồm cả đối với đường khơng rải mặt cĩ độ bằng phẳng rất kém). 3. Thiết bị đo mặt cắt kiểu khơng tiếp xúc Ố ng c ả m quang 2 cực Nguồn sáng Thấu kính tiếp nhận Ảnh của vùng Thấu kính chiếu sáng chiếu xạ Vị trí bề mặt đường Các vị trí xuất hiện tán xạ Hình 3-3: Sơ đồ thiết kế thiết bị truyền cảm di động kiểu khơng tiếp xúc. Hai loại thiết bị đo mặt cắt nĩi trên là thuộc loại hệ thống đo động kiểu cơ học. Để cải tiến, hiện đã xuất hiện một số phương án thiết bị đo độ bằng phẳng mà khơng cần bánh lăn theo kiểu tiếp xúc. Chẳng hạn như các phương án dùng ánh sáng, vi ba, âm thanh, hồng ngoại tuyến v.v Các loại thiết bị này hiện cịn đang được nghiên cứu. Hình vẽ trên thể hiện sơ đồ thiết bị truyền cảm di động theo phương thức kích quang kiểu TRRL (Transport and Road Research Laboratory). 4. Dùng thước thẳng dài 3,0 m: Thước thẳng dài 3,0 m là phương thức cơ bản nhất trong các loại thiết bị đo mặt cắt cĩ mặt đo tương đối chuẩn. Đặt thước 3,0 m tại dải vệt bánh, đo khe hở giữa cạnh thước thẳng và bề mặt đường để lấy đĩ thể hiện tình trạng lồi lõm theo hướng dọc của mặt đường. Ở Việt nam, theo TCVN8864-2011 quy định: Thước thẳng: thường được chế tạo bằng kim loại khơng rỉ, dài 3,0 m. Thước phải thẳng, nhẹ, đủ cứng khơng bị biến dạng trong quá trình thử nghiệm và cĩ đánh dấu tại các điểm đo cách nhau 50 cm tính từ đầu thước. Về vật liệu, nên chế tạo bằng thước hợp kim nhơm hay cĩ thể dùng loại gỗ tốt (chắc, khơ, khơng cong, khơng vênh). Con nêm: thường được chế tạo bằng kim loại khơng rỉ và ít bị mài mịn, hình tam giác cĩ khắc dấu 6 giá trị chiều cao: 3 mm, 5 mm, 7 mm, 10 mm, 15 mm và 20mm để nhanh chĩng đọc được trị số khe hở (mm) giữa mặt đường và cạnh dưới của thước thẳng 3 mét. 36
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 3-4: Sơ đồ thước dài 3,0 m và con nêm Phương pháp đo: - Trên bề mặt các lớp cấu tạo mặt đường (mĩng hay mặt đường) tại trắc ngang cần kiểm tra, đặt thước dài 3,0 m song song với trục đường ở 3 vị trí: giữa tim đường, ở bên phải và bên trái tim đường và cách mép đường 1 m để đo độ bằng phẳng. Dọc theo thước, cứ cách mỗi khoảng 0,5 m kể từ đầu thước, đo khe hở giữa cạnh dưới thước với mặt đường bằng cách đẩy nhẹ nhàng nêm vào khe hở để đọc trị số khe hở tương ứng. Các khe hở này được lấy trịn theo các trị số 3 mm, 5 mm, 7 mm, 10mm, 15 mm và 20 mm. Tổng số khe hở với mỗi lần đặt thước đo là 7. Ghi kết quả đo được ở mỗi vị trí vào sổ ghi. - Với mỗi đoạn đường so sánh các tổng số khe đã đo với tiêu chuẩn đã quy định để đánh giá chất lượng về độ bằng phẳng hình học của lớp cấu tạo mặt đường (lớp mĩng hay lớp mặt) được kiểm tra. (Bảng 3-2) 37
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ B . Thiết bị đo thuộc loại tạo phản ứng Loại thiết bị đo đo độ bằng phẳng này sẽ ghi lại được phản ứng ở trạng thái động của hệ thống máy mĩc ơ tơ khi xe chạy trên mặt đường khơng bằng phẳng với một tốc độ nhất định nào đĩ. Đĩ là một cách đánh giá gián tiếp, kết quả đo sẽ thay đổi tuỳ theo đặc tính của hệ thống máy mĩc và tùy theo tốc độ xe chạy. Các loại hiện được sử dụng rộng rãi gồm cĩ các thiết bị đo độ bằng phẳng đường ơ tơ với các thiết bị tích luỹ độ xĩc. Các loại này sẽ đo tổng chuyển dịch thẳng đứng tích luỹ giữa trục sau của ơ tơ (hoặc giữa bánh của một xe một bánh kéo theo) đối với thân xe hoặc khung xe; trị số đo được biểu thị bằng m/Km hoặc số lần xĩc trên 1 Km. Máy đo độ bằng phẳng BUMP INTEGRATOR của Anh là một xe rơ moĩc một bánh cũng như máy APL nhưng khơng cĩ con lắc quán tính. Những bước đập của bánh xe, so với khung xe lấy làm chuẩn, được cộng dồn bởi một máy đếm cho những cự ly từ 200 m đến 1000m. Làm như vậy người ta được một trị số Rough Index (chỉ số độ gồ ghề), thường được biểu thị bằng mm cộng dồn cho 1 km. Tốc độ đo tiêu chuẩn là 32 km/h và số liệu tiêu chuẩn đo được gọi là RBI/32. Quan hệ giữa độ bằng phẳng của mặt đường và chỉ số độ gồ ghề đo bằng máy BUMP INTEGRATOR như sau: (Bảng 3-3) Chỉ số độ gồ ghề Chất lượng bằng phẳng của mặt đường RBI/32 (mm/km) 4500 Xấu C. Chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI Căn cứ vào kết quả và loại thiết bị đo khác nhau sẽ cĩ nhiều cách biểu thị chỉ tiêu độ bằng phẳng của mặt đường. Chẳng hạn như: chênh lệch tiêu chuẩn của khe hở giữa thước thẳng và mặt đường; số ghi độ xĩc tích luỹ RBI v.v Các chỉ tiêu này đều cĩ những hạn chế nhất định khi biểu thị độ bằng phẳng và khi sử dụng trên thực tế (khĩ thống nhất về quan niệm). Để ứng dụng các thiết bị kiểu tạo phản ứng vào việc đo nhanh cả mạng lưới đường và tìm ra mối liên hệ tương quan giữa các trị số đo gián tiếp thu được với mặt cắt đúng thực của mặt đường, từ năm 1982 dưới sự bảo trợ của Liên hiệp quốc, nhĩm nghiên cứu quốc tế gồm Braxin, Anh, Pháp, Mỹ, Bỉ đã thơng qua các thử nghiệm về độ bằng phẳng của đường để đưa ra khái niệm chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI của mặt đường (International Roughness Index). 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 xĩc của ơtơ chuẩn “Golden 38
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ car” khi xe chạy với tốc độ 80km/h (50 mph) với việc sử dụng mơ hình mơ phỏng 1/4 xe (Quarter - Car). Ưu điểm nổi bật của chỉ số IRI ở chỗ nĩ là một số đo ổn định theo thời gian và cĩ thể chuyển đổi được với số đo trắc dọc tuyệt đối của đường trên một vệt bánh xe. Việc sử dụng IRI trên tồn thế giới làm cho yếu tố hịa nhập giữa các nước châu Âu, châu Mỹ và châu Á trở nên dễ dàng. Đơn vị đo của IRI là inch/mile hay m/Km. Trị số IRI cĩ thể tìm được một cách đủ chính xác bằng cách dùng phương pháp đo độ gồ ghề loại đo mặt cắt. Các loại thiết bị định chuẩn IRI phải cĩ các tính năng kỹ thuật sau: - Đo được mặt cắt dọc của đường một cách tuần tự, liên tục với các bước đo khơng đổi (thơng thường hoặc 250 mm, hoặc 300 mm). - Độ chính xác của phép đo cao độ phải ≤ ± 0,5 mm. - Cĩ bộ vi xử lý để thu thập, lưu trữ số liệu đo. Kết quả đo được tự động xử lý thơng qua phần mềm chuyên dụng để đưa ra giá trị IRI trên đoạn đã đo. Các thiết bị loại này cĩ thể là Dipstick, TRL Profile Beam, hoặc các loại thiết bị khác cĩ tính năng tương tự. Hình 3-5: Thiết bị DIPSTICK Hiện nay, việc đo IRI trên đường thường được thực hiện bằng phương pháp đo gián tiếp, đây là phương pháp đo khơng đưa ra trực tiếp giá trị IRI của tồn bộ tuyến đường thí nghiệm mà phải gián tiếp xác định IRI thơng qua phương trình thực nghiệm được thiết lập trên cơ sở quan hệ giữa giá trị độ xĩc và giá trị IRI đo được trên các đoạn đường ngắn chọn trước gọi là các đoạn định chuẩn. 39
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Phương pháp đo gián tiếp phải sử dụng kết hợp 2 loại thiết bị: thiết bị đo mặt cắt dọc chuyên dụng và thiết bị đo xĩc kiểu phản ứng. Các thiết bị đo xĩc kiểu phản ứng cĩ ưu điểm là tốc độ đo nhanh, nhưng khơng đưa ra trực tiếp giá trị IRI mà chỉ đưa ra giá trị độ xĩc; ngược lại các thiết bị đo mặt cắt dọc chuyên dụng cĩ tốc độ đo chậm, nhưng lại đưa ra giá trị IRI của đoạn đo. Phương pháp đo trực tiếp: là phương pháp đo đưa ra trực tiếp giá trị IRI của tồn bộ tuyến đường thí nghiệm. Do tốc độ đo nhanh và cơ động nên phương pháp này thích hợp với việc đo độ bẳng phẳng theo IRI trên đường cấp cao. Về các thiết bị đo và cách tiến hành đo xem chi tiết trong TCVN 8865-2011. Chỉ số IRI cĩ giá trị trong khoảng từ 0 đến 20, IRI càng cao thì mặt đường càng kém bằng phẳng. Hình 3-6: Những giá trị thường thấy của chỉ số IRI Tiêu chuẩn đánh giá: * Với đường xây dựng mới: Độ bằng phẳng mặt đường bê tơng nhựa và bê tơng xi măng khi nghiệm thu trong vịng 1 năm từ khi làm xong mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng với giá trị IRI yêu cầu tuỳ thuộc vào cấp đường (TCVN 4054, TCVN 5729) như sau: (Bảng 3-4) *Với đường cải tạo, nâng cấp, tăng cường: Độ bằng phẳng mặt đường bê tơng nhựa và bê tơng xi măng khi nghiệm thu trong vịng 1 năm từ khi làm xong mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng với giá trị IRI yêu cầu tuỳ thuộc vào cấp đường (TCVN 4054, TCVN 5729): 40
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ (Bảng 3-5) Chất lượng mặt đường theo chỉ tiêu IRI phục vụ cho cơng tác quản lý, lập kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ được phân thành 4 cấp: tốt, trung bình, kém và rất kém với giá trị IRI tuỳ thuộc vào loại mặt đường và cấp đường như sau: (Bảng 3-6) 41
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ 3.3 ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỐNG TRƠN TRƯỢT CỦA MẶT ĐƯỜNG Khả năng chống trơn trượt của mặt đường phản ánh tính năng sử dụng của mặt đường về mặt an tồn chạy xe. Khả năng chống trơn trượt của mặt đường cĩ thể được đánh giá bằng cách thơng qua điều tra phân tích các tai nạn trơn trượt, thơng qua điều tra quan sát bề ngồi và thơng qua việc đo các đặc trưng chống trơn trượt của mặt đường. Thơng thường hay dùng cách đo xác định các đặc trưng chống trơn trượt của bề mặt đường. Với vật liệu lớp phủ mặt, độ nhám bề mặt rất quan trọng để đảm bảo sự kháng trượt khi xe chạy tốc độ cao trong điều kiện ẩm ướt. Độ nhám bề mặt của đường bao gồm 2 thành phần đĩng gĩp vào khả năng kháng trượt của mặt đường Hình 3-7: Độ nhám vi mơ và độ nhám vĩ mơ Thành phần thứ nhất là độ nhám vi mơ, đĩ là độ nhám thơ ráp của bề mặt hạt cốt liệu lộ ra trên mặt đường. Khả năng duy trì độ nhám vi mơ của một cốt liệu dưới tác dụng của xe cộ tùy thuộc chủ yếu vào thuộc tính chịu mài mịn của cốt liệu. Độ nhám vi mơ là yếu tố ưu thế trong việc cung cấp khả năng kháng trượt khi xe chạy tốc độ thấp (tới 50 km/h) trên mặt đường ẩm ướt vì nĩ làm lốp xe ấn sâu vào màng nước trên bề mặt ráp của cốt liệu. Điều cốt lõi là lực căng bề mặt của nước bị triệt giảm, màng nước bị phân tán và lốp xe duy trì được độ bám dính với mặt đường. Thành phần thứ hai của độ nhám bề mặt là độ nhám vĩ mơ. Độ nhám này được tạo nên bởi thế nằm, kích cỡ và hình dạng của các hạt cốt liệu ở bề mặt đường. Chức năng của độ nhám vĩ mơ là tạo các khe thốt nước, nĩ cho phép phân tán nước mặt ở phía trước và xung quanh lốp xe lăn. Cơng dụng của độ nhám vĩ mơ cao là đảm bảo cho sức kháng trượt được duy trì cả khi xe chạy với tốc độ thấp cung như khi xe chạy với tốc độ cao Các phương pháp thí nghiệm để kiểm tra đánh giá chất lượng chống trơn trượt của mặt đường được chia thành 2 nhĩm: - Nhĩm thiết bị thí nghiệm xác định cấu trúc nhám bề mặt đường. - Nhĩm thiết bị xác định sức kháng trượt khi xe chạy trên đường. 3.3.1 Các phương pháp thí nghiệm đánh giá cấu trúc nhám mặt đường 1- Phương pháp ″Rắc cát″ theo TCVN 8866-2011 Nguyên lý đo như sau: 42
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Một lượng cát cĩ thể tích V = 25cm 3, cỡ hạt 0,15 ~ 0,30mm khơ, sạch, trịn cạnh đựng trong một ống đong cát bằng kim loại hoặc bằng nhựa PC cứng, khơng bị biến dạng, cĩ thể tích bên trong 25cm 3, một đầu được bịt kín được đổ ra trên mặt đường khơ ráo, được quét sạch bằng chổi mềm. Dùng một bàn xoa dạng đĩa dẹt hình trịn (đường kính 65mm) đáy bằng cao su san cát từ trong ra ngồi theo hình xoắn ốc để tạo thành một mảng cát trịn liên tục, lấp đầy các lỗ hổng trên mặt đường cho ngang bằng với các đỉnh của các hạt cốt liệu. Tiến hành xoa cho đến khi mảng cát khơng cịn lan ra ngồi. Cần chú ý để mảng cát khi xoa cĩ dạng hình trịn. Dùng thước dài đo ít nhất 4 đường kính đại diện của mảng cát đã xoa, gồm cĩ đường kính lớn nhất, nhỏ nhất và trung gian. Tính đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm, lấy trịn đến mm để làm trị số tính tốn. Độ nhám của mặt đường tại mỗi vị trí thử nghiệm (hi), tính bằng milimét, chính xác tới 2 chữ số thập phân, theo cơng thức sau: 40×V hi = , (mm) (3 - 1) Π × D 2 Trong đĩ hi: là độ nhám của mặt đường (chiều sâu cấu trúc vĩ mơ) tại vị trí thử nghiệm thứ i, mm. V: Thể tích cát đựng trong ống, mm3. D: Đường kính trung bình vịng trịn cát, mm. Hình 3-8: Thí nghiệm rắc cát Độ nhám của đoạn mặt đường được xem là đồng nhất, được tính theo cơng thức sau: n ∑hi i=1 Htb = , (mm) (3 – 1’) n Trong đĩ: Htb là độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mơ trung bình) của đoạn đường, mm; hi là độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mơ) của mặt đường tại vị trí thử nghiệm thứ i, mm; n là số điểm thử nghiệm trên đoạn mặt đường đồng nhất. 43
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Tiêu chí đánh giá độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mơ trung bình) cát của mặt đường đo bằng phương pháp rắc cát (Bảng3-7) Ưu điểm : Đơn giản, thiét bị khơng phức tạp Nhược điểm : Năng suất thấp, kết quả phụ thuộc vào thao tác của người thí nghiệm, khĩ làm đối với mặt đường ít nhám. 2- Thiết bị đo cấu trúc bề mặt MTM (Mini Texture Meter) Là thiết bị đo liên tục giá trị “chiều sâu” mặt đường trên cơ sở cơng nghệ Laser nhằm khắc phục các nhược điểm của phương pháp “Rắc cát”. Chùm tia Laser mầu đỏ được phĩng ra trên mặt đường và sự phản hồi của các tia được thu nhận bởi các đi-ốt nhạy cảm, trên cơ sở đĩ xác định được khoảng cách từ bộ nhạy đến mặt đường và “chiều sâu” lớp mặt đường được tính tốn từ hàng loạt các lượt đo như vậy. Hình 3-9: Nguyên lý đo chiều sâu cấu trúc (độ nhám vĩ mơ bằng thiết bị laze) Máy MTM được vận hành bằng tay bởi một thiết bị mini với tần số laser khoảng 500Hz được kiểm tra bởi một máy tính nhỏ và máy tính này cho ta cấu trúc trung bình của mỗi 10 m di chuyển cùng với giá trị trung bình tồn bộ cho từng 50m đã hồn thiện. Độ chính xác của MTM là tốt hơn đáng kể so với thí nghiệm “Rắc cát”. Hơn nữa MTM cĩ dải rộng hơn thí nghiệm rắc cát và dễ dàng sử dụng. 44
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ 3.3.2 Đo xác định hệ số sức cản ma sát của mặt đường Cĩ rất nhiều phương pháp đo xác định hệ số sức cản ma sát. 1- Phương pháp đo cự ly hãm xe Khi bánh xe bị phanh hãm hồn tồn, tiến hành đo xác định tốc độ V1 và V2 tại 2 điểm bánh xe trượt qua, đo cự ly x và sử dụng nguyên lý bảo tồn cơng sẽ cĩ thể xác định được hệ số sức cản ma sát trung bình fd trong khoảng cự ly đĩ. 2 2 VV1 − 2 fd = ; (3 - 2) 2g . x Phương pháp đo này cĩ nhược điểm là khi đo gây ảnh hưởng đến giao thơng trên đường và khơng an tồn. 2- Phương pháp hãm bánh xe rơ moĩc kéo theo Một rơ moĩc cĩ lắp một bánh lốp tiêu chuẩn do một xe kéo kéo theo ; cho xe này chạy với một tốc độ nhất định và hãm bánh xe rơ moĩc, rồi đo lực Fb cần thiết để làm chuyển động rơ moĩc khi bánh của nĩ bị hãm chặt hồn tồn. Chia Fb cho tải trọng hữu hiệu trên bánh P sẽ tìm được trị số hệ số sức cản ma sát fb: Fb fb = ; (3 - 3) P 3- Phương pháp dùng rơ moĩc kéo theo cĩ bánh chuyển động lệch: Phun nước Lực bên Bánh xe thí nghiệm chuyển động Lực kéo phát sinh Thiết bị ghi cự ly Chỗ kéo Lực kéo 15 Thiết bị ghi Bánh ghi tải trọng Lực kéo phát sinh Bánh xe thí nghiệm cố định Lực bên Phun nước Hình 3-10: Rơ moĩc kéo theo cĩ bánh chuyển động lệch Rơ moĩc cĩ lắp hai bánh thí nghiệm. Mặt bằng của lốp lệch một gĩc α = 7,50 ~ 200 so với phương chuyển động của xe. Khi xe chạy về phía trước, bánh xe thí nghiệm sẽ theo xe chuyển dịch trượt về phía trước, trên bánh sẽ chịu tác dụng một lực bên FL. Cho gĩc chuyển động lệch thay đổi sẽ đo được các lực bên khác nhau và sẽ cĩ 1 trị số lực bên lớn nhất. Tỷ số giữa trị số lực bên lớn nhất này với tải trọng hữu hiệu P được gọi là hệ số sức cản ma sát theo hướng bên fL, tức là: FL fL = ; (3 - 4) P Phương pháp đo này khơng cần phanh bánh xe, khi đo khơng ảnh hưởng đến giao thơng trên đường, đồng thời cĩ thể đo liên tục, tốc độ khá nhanh. 45
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ 4- Phương pháp xác định sức kháng trượt bề mặt đường bằng “Con lắc Anh” (British Pendulum Tester) Nguyên lý đo: Một con lắc cĩ khối lượng P = 1500 ± 30 g, mặt dưới cĩ gắn một tấm trượt bằng cao su tiêu chuẩn (kích thước 6,35 x 25,4 x 76,2 mm) rơi từ một độ cao xác định H = 411 ± 5 mm và trượt trên bề mặt đường ẩm ướt với chiều dài trượt khơng đổi L = 125 ± 2 mm, sau đĩ con lắc sẽ văng lên tới một độ cao h. Tùy thuộc vào tình trạng nhám bề mặt khác nhau mà tổn thất năng lượng của con lắc cũng khác nhau, dẫn tới chiều cao văng lên h thay đổi. Một chiếc kim đo kéo theo nhằm xác định chiều cao văng h của con lắc thơng qua bảng chia độ. Số đọc của kim đo trên bảng chia độ được ký hiệu là chỉ số SRT (Skid Resistance Tester). Thí nghiệm “Con lắc Anh” nhằm xác định sức kháng trượt của mặt đường tương ứng với điều kiện xe chạy trên đường ẩm ướt với tốc độ 50 Km/h. G A Q M Hình 3 -11: Thiết bị kiểu chùy lắc A- Cánh tay địn cố định; C- Cánh tay địn lên xuống; E- Nắp vít chuyển hướng; F- Vít lớn để điều chỉnh lị xo kim G- Tấm lị 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 lượng chùy cân bằng; S- Khối trượt; T- Mảng cao su. 46
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Giá trị độ nhám tối thiểu cho phép của mặt đường ( SRT ) đo bằng thiết bị con lắc (Bảng 3-8) Trị số SRT Cấp loại Vị trí và loại đường nhỏ nhất Tại các nơi địa hình khĩ khăn: - Đường vịng, quanh co; - Đường cong bằng cĩ bán kính nhỏ A hơn 150 m mà khơng hạn chế tốc độ; 65 ( V ≥ 95 km/h ) - Đoạn đường cĩ độ dốc dọc lớn hơn 5%, chiều dài dốc lớn hơn 100 m; - Đoạn gần đèn tín hiệu giao thơng mà khơng yêu cầu hạn chế tốc độ. - Đường cao tốc ( motorway ); B - Đường trục chính ( trunk ), đường cấp1và 55 ( V ≥ 95 km/h ) đường cĩ lưu lượng xe lớn hơn 2000 xe/ ngày. C Các đường khác cịn lại. 45 3.3.3 Chỉ số sức kháng trượt quốc tế IFI (Intemational Friction Index) 1. Khái niệm chỉ số IFI Trong quá trình khai thác sử dụng hệ thống đường sá, một điều hiển nhiên là cĩ một sự tương quan rất lớn giữa ma sát-sức kháng trượt mặt đường xe chạy với vấn đề tai nạn giao thơng. Hiện nay, do cĩ rất nhiều phương pháp - thiết bị đánh giá sức kháng trượt mặt đường được phát triển dựa theo các nguyên lý làm việc khác nhau như đã trình bày trên, các phương pháp này được từng quốc gia nghiên cứu chế tạo và sử dụng nhưng ít cĩ sự so sánh, thử nghiệm giữa các thiết bị với nhau mặc dù chúng đều cĩ một đối tuợng nghiên cứu chung đĩ là các đặc tính cấu tạo nhám mặt đường và sức kháng trượt mặt đường. Sự khác nhau giữa các thiết bị thể hiện ở kiểu lốp xe đo, tải trọng, tốc độ trượt, tốc độ đo, do vậy nên cùng 1 loại mặt đường cụ thể thì giá trị chỉ số sức kháng trượt khơng giống nhau. Trong nhiều trường hợp, đối với các dự án nghiên cứu quốc tế thì rất cần thiết cĩ sự so sánh và điều chỉnh các giá trị ma sát đo được bằng các thiết bị riêng biệt được sử dụng tại các nước khác nhau. Để khắc phục những thực tế trên, Hiệp hội Đường ơtơ quốc tế - PIARC (Permanent Intemational Association of Road Congress) đã tiến hành một kế hoạch thử nghiệm cĩ tính quốc tế trong thời gian từ năm 1992 đến năm 1995 với mục đích so sánh và điều chỉnh các phương pháp thí nghiệm về độ nhám vĩ mơ và sức kháng trượt đã được thực hiện từ nhiều thiết bị khác nhau. Tham gia thứ nghiệm cĩ 37 thiết bị đo ma sát và 14 thiết bị đo cấu tạo từ 10 quốc gia thực hiện phép đo trên 44 vị trí mặt đường điển hình tại Bỉ và Tây Ban Nha tạo ra một cơ sở hơn 15.000 giá trị số liệu. Cơ sở dữ liệu bao trùm lên tồn bộ các kiểu bề mặt đường xe chạy đặc trưng bao gồm mặt đường bê tơng nhựa, lớp tạo nhám đuợc sử dụng để xác định sự cân bằng chung cho việc định lượng sức kháng trượt mặt đường ẩm ướt từ tổ hợp kết quả đo sức kháng trượt và cầu tạo. Kết quả thử nghiệm là đã đề xuất chỉ số kháng trượt quốc tế IFI - chỉ số được tính tốn từ việc đo cấu tạo vĩ 47
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ mơ và sức kháng trượt mặt đường ẩm ướt. Sự ra đời và phát triển của chỉ số kháng trượt quốc tế IFI thơng qua thử nghiệm quốc tế của PIARC là một bước phát triển mới cúa việc đánh giá chất luợng khai thác mặt đuờng xe chạy. Chỉ số IFI đã chứng tỏ được những đặc tính ưu việt của nĩ và cĩ liên quan mật thiết tới các thiết bị đo ứng dụng những cơng nghệ tiên tiến cĩ độ chính xác và năng suất cao. IFI là thước đo chuẩn trong kiểm tra đánh giá chất lượng sức kháng trượt mặt đuờng được khuyến nghị áp dụng rộng rãi trên thế giới trên cơ sở các phương pháp đo sức kháng trượt và các phương pháp đo thuộc tính độ nhám thơ mặt đường khác nhau hiện cĩ của các nước. IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám thơ mặt đường, sức kháng trượt mặt đường và tốc độ thí nghiệm. Chỉ số IFI cho phép điều chỉnh việc đo sức kháng trượt bằng các thiết bị khác nhau về cùng một chỉ số chung. 2. Phuơng trình cơ bản cúa IFI Chỉ số IFI (F60, Sp) bao gồm 2 thành phần: - Hệ số ma sát- Friction Number (F60) là giá trị sức kháng trượt của bánh xe hãm cứng tại tốc độ 60 km/h. F60 đại diện cho giá trị ma sát ướt trung bình thử nghiệm bằng xe ơ tơ con với 4 lốp xe nhẵn trượt hãm cứng ở tốc độ 60 km/h. - Hằng số tốc độ - Speed Number (Sp), đơn vị đo là km/h. Sp thể hiện sự phụ thuộc của ma sát ướt vào tốc độ trượt của lốp xe thí nghiệm và độ nhám vĩ mơ. Giá trị Sp thấp chỉ ra sự nhạy cảm lớn với tốc độ trượt. F60 và Sp được xác định như sau: l- F60: được xác định thơng qua phương trình sau: S −60 F60 = A + B ×FRS×e S P + C×TX (3 - 5) Trong đĩ: - A ,B và C là các hệ số hồi quy, được xác định cụ thể cho mỗi loại thiết bị đo sử dụng trong các thử nghiệm của PIARC. Giá trị của C bằng 0 nếu thí nghiệm với lốp xe mịn nhẵn, và số hạng C×TX sẽ cĩ giá trị cụ thể nếu lốp xe cịn gân hoa văn bởi khi đĩ dạng lốp này ít bị ảnh hưởng của độ nhám vĩ mơ. - FRS là giá trị sức kháng trượt của thiết bị đo với tốc độ trượt S. 2- Sp: được tính tốn từ chiều sâu cấu tạo nhám vĩ mơ trung bình mặt đường và theo phương trình sau: Sp (km/h) = a + b ×TX (3 – 6) Trong đĩ: - TX (mm) là tham số cấu tạo vĩ mơ mặt đường; là giá trị trung bình rắc cát MTD hay giá trị cấu tạo trung bình Laser MPD - a và b là các hệ số hồi quy được xác định cụ thể theo phuơng pháp xác định độ nhám vĩ mơ mặt đuờng TX. Cụ thể a và b được xác định ở bảng sau. 48
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Giá trị hằng số a, b sử dụng để tính Sp (Bảng 3-9) TX a b Chiều sâu mặt cắt trung bình MPD xác định theo 14,2 89,7 quy trình ASTM E1845 Chiều sâu rắc cát trung bình MTD xác định theo - 11,6 113,6 phương pháp ASTM E965 Khi chỉ số IFI(F60, Sp) được xác định thì sức kháng trượt bề mặt đường ướt cĩ thể tính tốn tại tốc độ trượt bất kỳ - FRS theo phương trình: FA60 − FRS = S −60 (3 - 7) B× e SP Trong đĩ: - FRS là giá trị sức kháng trượt tại tốc độ trượt S. - F60 là sức kháng trượt của bánh xe nhẵn hãm cứng tại tốc độ 60 km/h - S là tốc độ trượt khi thí nghiệm (km/h) - Sp là hằng số tốc độ (km/h) Chỉ số IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám thơ mặt đường, sức kháng trượt mặt đường và tốc độ thí nghiệm khi đo sức kháng trượt và là hàm số của hai đại lượng: cấu tạo vĩ mơ bề mặt mặt đường và sức kháng trượt mặt đường. Hai thơng số của IFI là F60 và Sp được coi là các thơng số dự đốn đáng tin cậy về sự phụ thuộc của lực ma sát của mặt đường ướt với tốc độ của phương tiện khi trượt và độ nhám vĩ mơ. Các thơng số của IFI là F60 và Sp được dùng để tính tốn lực ma sát chuẩn ở tốc độ trượt khác bằng việc dùng phương trình chuyển đổi. Tầm quan trọng của mơ hình IFI là ở chỗ đo được lực ma sát bằng một thiết bị mà nĩ khơng bị phụ thuộc vào tốc độ khi thí nghiệm. Lực ma sát cĩ thể được đo ở một vài tốc độ trượt S và luơn được điều chỉnh để đạt được lực ma sát chuẩn ở tốc độ 60 Km/h. Do đĩ, nếu thiết bị khơng thể duy trì được tốc độ vận hành thơng thường và phải chạy ở tốc độ cao hơn hoặc thấp hơn do các phương tiện giao thơng trên đường thì mơ hình vẫn đảm bảo độ tin cậy. 3. Ứng dụng chỉ số IFI trong đánh giá chất lượng mặt đường trong khai thác Việc đánh giá chất lượng mặt đường thơng qua chỉ số IFI được tiến hành cụ thể như sau: Tương ứng với mỗi cấp đường sẽ cĩ giá trị sức kháng trượt yêu cầu và giá trị tốc độ xe chạy khai thác cụ thể , hay nĩi một cách khác, cĩ giá trị F60* và Sp* yêu cầu, tức là chỉ số IFI* (F60*, Sp*) yêu cầu được xác định. Thơng qua các phương trình trên, tính tốn giá trị: FA60* − FRSmin = S −60 ; (3 – 8) * B× e S P S* − a và: TXmin = P ; (3 – 9) b 49
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Từ hai thơng số này, ta sẽ vẽ được biểu đồ cấp độ quản lý mặt đường thơng qua chỉ số IFI. Tiến hành đo xác định giá trị IFI (F60, Sp) thực tế của đoạn đường. So sánh IFI (F60, Sp) thực tế và IFI* (F60*, Sp*) yêu cầu để đánh giá khả năng hiện cĩ của đường về IFI và đề ra các giải pháp khắc phục nếu khơng đủ. Một ví dụ về biểu đồ quản lý mặt đường được minh họa ở hình vẽ sau: 1,0 0,9 II 0,8 Tăng độ nhám vĩ mô I 0,7 Tốt Sp = Sp* 0,6 F60 = F60* 0,5 Giá trị sức kháng trượt F(S) trượt sức kháng Giá trị III 0,4 Tăng độ nhám vĩ mô và vi mô IV Tăng độ nhám vi mô 0,3 0,00,51,01,52,02,5 Cấu tạo (MPD - MTD) TX Hình 3-12: Biểu đồ ứng dụng chỉ số IFI trong quản lý mặt đường Biểu đồ được phân ra làm 4 vùng tương ứng với cấp độ khai thác của mặt đường, cụ thể là các vùng: - Tốt: Giá trị độ nhám vĩ mơ và giá trị sức kháng trượt tốt, lớn hơn giá trị F60* và TX* - Cần cải thiện độ nhám vĩ mơ: Giá trị sức kháng trượt đảm bảo nhưng độ nhám vĩ mơ chưa đạt. - Cần cải thiện độ nhám vĩ mơ và vi mơ: Cả giá trị sức kháng trượt và độ nhám đều khơng đạt. - Cần cải thiện độ nhám vi mơ: Giá trị cấu tạo đảm bảo, nhưng sức kháng trượt chưa đảm bảo, cần cĩ giải pháp tăng độ nhám vi mơ. - Chỉ số IFI được xác định trên cơ sở xác định sức kháng trượt mặt đường và độ nhám vĩ mơ mặt đường. Chỉ cĩ những thiết bị đã được định chuẩn theo PIARC mới cĩ khả năng chuyển đổi về IFI. Các thiết bị chuẩn này được quy định trong quy trình “Standard Practice for Calculating International Friction Index of Pavement Surface – ASTM E1960-98”. Để phục vụ cho việc xác định IFI, các loại thiết bị cĩ thể sử dụng: - Thiết bị đo sức kháng trượt mặt đường: Thiết bị con lắc Anh là loại đã được định chuẩn theo ASTM E1960-98. - Thiết bị đo độ nhám vĩ mơ: Thiết bị 2-Laser là loại đã được định chuẩn theo ASTM E1960-98. 50
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ 3.4 ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Các phương pháp đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu mặt đường cĩ thể phân làm hai loại: phương pháp phá hoại và khơng phá hoại kết cấu. 3.4.1 Phương pháp phá hoại kết cấu Theo phương pháp này, người ta tiến hành khoan lấy mẫu trong các lớp kết cấu của mặt đường rồi thơng qua các thí nghiệm trong phịng để xác định các thơng số tính tốn, từ đĩ dự báo năng lực chịu tải của kết cấu. Do khơng thể lấy quá nhiều mẫu trên mặt đường nên các thơng số phản ánh tình trạng mặt đường thơng qua các thí nghiệm thường mang tính cục bộ nhất định. 3.4.2 Phương pháp đánh giá khơng phá hoại kết cấu Đánh giá theo phương pháp khơng phá hoại thường được tiến hành bằng cách đo độ võng trên bề mặt đường để dự tính năng lực chịu tải của kết cấu mặt đường. Thiết bị đo độ võng thường dùng cĩ một số loại sau đây: 1. Thiết bị đo độ võng ở trạng thái tĩnh Thiết bị này đo độ võng đàn hồi (bánh xe rời khỏi đầu đo) hoặc đo tổng độ võng (bánh xe di chuyển hướng tới đầu đo) ở bề mặt đường dưới bánh xe chuyển động chậm. Thiết bị thường dùng nhất là cần đo kiểu Benkenman. 375 cm 150 cm Cần đo Chân Chân kép Thiên đơn cĩ cĩ vít phân kế Điểm đo độ võng Vị trí ban Khớp Đế vít điều điều 1/100mm chỉnh vị trí ban đầu của đầu của quay chỉnh cố bánh xe bánh xe của định (thử tĩnh) (thử động) cần Hình 3-13: Sơ đồ cần Benkenman Các bước tiến hành thử nghiệm: + Cơng tác chuẩn bị: - Số lượng điểm đo: Đối với giai đoạn thiết kế kỹ thuật hoặc thiết kế bản vẽ thi cơng, tiến hành đo rải đều trên tồn tuyến với mật độ ít nhất là 20 điểm đo / làn xe /1 km. Đối với giai đoạn lập dự án đầu tư, cơng tác quản lý khai thác đường ơtơ hoặc các cơng tác khác theo yêu cầu của chủ đầu tư, tiến hành đo với mật độ ít nhất từ 5 điểm đến 10 điểm đo / làn xe / 1 km. Ở những chỗ đặc biệt yếu mật độ cĩ thể lớn hơn. - Vị trí các điểm đo: các điểm đo võng thường được bố trí ở vệt bánh xe phía ngồi (cách mép mặt đường 0,6 - 1,2m) là nơi thơng thường cĩ độ võng cao hơn các vệt bánh phía trong. Trong trường hợp nếu quan sát bằng mắt thấy tình trạng mặt 51
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ đường tại vệt bánh xe phía trong và vệt bánh xe phía ngồi bị hư hỏng khơng đồng đều, phải dùng hai 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 đường cĩ nhiều làn xe, khi quan sát bằng mắt thấy tình trạng mặt đường trên các làn xe cĩ khác nhau, phải đo võng cho làn yếu nhất. Trị số đo ở mỗi vị trí của làn đĩ sẽ đại diện cho độ võng tại mặt cắt ngang của đường. 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: Cần đo võng Benkelman phải cĩ chiều dài từ gối tựa phía trước đến mũi đo ít nhất là 2,0 m và cĩ tỷ lệ cánh tay địn cần đo khơng được nhỏ hơn 2:1. Trước 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 với kết quả đo được chuyển vị thẳng đứng ở cuối cánh tay địn phía sau của cần đo cĩ xét đến tỷ lệ các cánh tay địn 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 đo võng là loại xe cĩ trục sau là trục đơn, bánh đơi với khe hở tối thiểu giữa hai bánh đơi là 5 cm, lốp xe thí nghiệm tại trục sau phải cịn mới. Các thơng số của trục sau xe thí nghiệm chỉ được sai lệch 5% so với tiêu chuẩn quy định: Các thơng số của trục sau xe đo tiêu chuẩn (Bảng 3-10) Chỉ tiêu Tiêu chuẩn quy định - Tải trọng trục sau Q = 100 kN - Áp lực bánh xe xuống mặt đường p = 0,6 MPa - Đường kính tương đương của vệt bánh đơi D = 33 cm Vật chất tải trên xe phải đối xứng, cân bằng, khơng bị thay đổi vị trí và tải trọng trục sau khơng bị thay đổi trong suốt quá trình đo võng mặt đường. Trong suốt quá trình đo, xe đo võng phải được che bạt để tránh bị nước mưa thấm ướt và rơi vãi vật liệu. Xe phải được cân trục trước khi thí nghiệm, áp lực hơi trong bánh xe khơng đổi trong suốt quá trình đo. Trước mỗi đợt đo phải kiểm tra lại diện tích vệt bánh đơi Sb bằng cách kích trục sau xe lên, lau sạch và bơi mỡ vào lốp, quay phần lốp xe cĩ mỡ xuỗng phía dưới sau đĩ hạ kích để cho in vệt lốp lên giấy kẻ ly. Diện tích vệt bánh đơi Sb được xác định bằng diện tích phần vệt lốp cĩ mỡ in trên giấy kẻ ly. Đường kính tương đương của vệt bánh đơi của xe đo võng Db và áp lực bánh xe xuống mặt đường pb được tính theo các cơng thức sau: DSb = 1,13 b (cm) (3 – 10) Áp lực bánh xe trên vệt tiếp xúc: Qb pb = (MPa) (3 – 11) 2Sb Trong đĩ: Qb - là tải trọng trục sau của xe đo võng, tính bằng kN + Đo độ võng mặt đường dọc tuyến: Trình tự đo độ võng đàn hồi của mặt đường: 52
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ - Cho xe đo tiến vào vị trí đo võng, đặt đầu đo của cần Benkelman tỳ lên mặt đường ở giữa khe hở của cặp bánh đơi trục sau xe đo. Cho thanh cần rung nhẹ, theo dõi kim chuyển vị kế cho tới khi thấy độ võng ổn định (trong 10 s kim khơng chuyển dịch quá 0,01 mm ) thì ghi lấy số đọc ban đầu ở chuyển vị kế (ký hiệu là i0 ). - Cho xe đo chạy chậm lên phía trước với tốc độ khoảng 5 km/h cho đến khi trục sau của bánh xe cách điểm đo ít nhất 5 m, tiến hành gõ nhẹ lên thanh cần để kiểm tra độ nhạy chuyển vị kế. Theo dõi chuyển vị kế cho tới khi thấy độ võng ổn định thì ghi lấy số đọc cuối ở chuyển vị kế (ký hiệu là i5 ). Hiệu số của hai số đọc ở chuyển vị kế nhân với tỷ lệ cánh tay địn cần đo là trị số độ võng đàn hồi của mặt đường tại điểm đo (ký hiệu là li ) - Trong quá trình đo độ võng mặt đường, phải ghi rõ lý trình của điểm đo, thời tiết, điều kiện gây ẩm và các nhận xét về tình trạng mặt đường tại điểm đo vào mẫu biểu thí nghiệm. - Khơng đo tại các điểm quá xấu (cao su, lún nứt, khơng đại diện cho khu vực cần đo, các điểm này cần ghi lại để xử lý cao su, ổ gà, ) Khơng nên đo võng vào khoảng thời gian nhiệt độ mặt đường lớn hơn 40 0C. - Đo nhiệt độ của mặt đường: để hiệu chỉnh kết quả đo võng về nhiệt độ tính tốn sau này, phải đo nhiệt độ mặt đường, khoảng 1 giờ một lần trong suốt thời gian đo võng dọc tuyến. Việc đo nhiệt độ mặt đường chỉ yêu cầu thực hiện đối với đường cĩ lớp mặt phủ nhựa chiều dầy ≥ 5cm. Cách đo như sau: Dùng búa và đục nhọn tạo thành một lỗ nhỏ đường kính khoảng 3 ~ 5 cm sâu khoảng 4 cm ở mặt đường gần vị trí đo, sau đĩ đổ nước hay glyxerin vào lỗ và chờ vài phút, dùng nhiệt kế đo nhiệt độ chất lỏng trong lỗ chơ cho đến khi nhiệt độ khơng đổi thì ghi trị số nhiệt độ đo T0C. + Xử lý kết quả đo độ võng: - Độ võng tính tốn tại vị trí thử nghiệm thứ i đại diện cho mặt cắt ngang của mặt đường được xác định như sau: tt L i = Kq. Km .Kt . Li (3- 12) Trong đĩ: Li - Độ võng đàn hồi của mặt đường đo được tại vị trí thử nghiệm thứ i, mm. Kq - Hệ số hiệu chỉnh tải trọng kết quả đo theo các thơng số trục sau xe đo võng về kết quả của trục sau xe ơtơ tiêu chuẩn: 5,1 pb. D b Kq = (3- 13) p. D 5,1 Km - Hệ số hiệu chỉnh độ võng đàn hồi về mùa bất lợi nhất trong năm. Hệ số chuyển đổi mùa Km về mùa bất lợi nhất trong năm 53
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ (Bảng 3-11) 54
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Kt - Hệ số hiệu chỉnh độ võng đàn hồi ở nhiệt độ đo về độ võng ở nhiệt độ tính tốn. 1 Kt = (3-14) ⎛ T ⎞ A⎜ −1⎟ + 1 ⎝ 30 ⎠ Với A tùy thuộc vào tính ổn định nhiệt của bề dày lớp sử dụng nhựa. Bêtơng nhựa chặt cĩ bột đá lấy A = 0,35; bêtơng nhựa khơng cĩ bột đá hoặc lớp đá dăm thấm nhập nhựa lấy A = 0,30. Kết cấu mặt đường cĩ vật liệu lớp mặt sử dụng nhựa dầy hơn 10 cm: Cĩ thể xác định hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo (ToC) theo cơng thức sau : Kt (10) Kt = (3-14’) K30 (10) o o Trong đĩ : Kt(10) là hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo T C về 10 C ; o o K30(10) là hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ 30 C về 10 C. Kt(10) và K30(10) được xác định theo tốn đồ. - Xác định độ võng đàn hồi đặc trưng và mơđun đàn hồi đặc trưng cho mỗi đoạn đường thí nghiệm. Trị số độ võng đàn hồi đặc trưng của từng đoạn đường thử nghiệm được xác định: LĐT = LTB + K.δ (3 – 15) Trong đĩ: LTB - Độ võng đàn hồi trung bình của đoạn thử nghiệm, mm. n TT ∑ Li 1 LTB = (3 – 16) n δ - Độ lệch bình phương trung bình của đoạn thử nghiệm. 1 2 δ = (LLTT − ) (3 – 17) n −1∑ i TB K - Hệ số xác suất bảo đảm, lấy tùy thuộc vào cấp hạng đường: – Đường cao tốc, đường cấp I (phân loại theo TCVN 5729:2007 và TCVN 4054:2005), đường cao tốc đơ thị (phân loại theo TCXDVN 104:2007), K = 2,0; – Đường cấp II (phân loại theo TCVN 4054:2005), đường phố chính đơ thị (phân loại theo TCXDVN 104:2007), K = 1,64; – Đường cấp III (phân loại theo TCVN 4054:2005), K = 1,3; – Đường cấp IV đến cấp VI (phân loại theo TCVN 4054:2005), đường phố gom, đường phố nội bộ của đơ thị (phân loại theo TCVN 4054:2005), K = 1,04. (Bảng 3-12) Hệ số K 0 1,13 1,04 1,30 1,64 2,00 Phần trăm giá trị độ võng lớn hơn giá trị độ võng đặc 50 35 15 10 5 2,5 trưng (%) 55
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Trị số mơđun đàn hồi đặc trưng của từng đoạn đường thử nghiệm xác định: p. D .1( − μ 2 ) Eđh = 0,71. , daN/cm2 (3 – 18) LDT Trong đĩ: p - áp lực bánh xe tiêu chuẩn xuống mặt đường, p = 0,6 MPa. D - Đường kính tương đương của diện tích vệt bánh xe tiêu chuẩn, D = 33 cm. μ - Hệ số Poatxơng , μ = 0,30 LĐT - Độ võng đàn hồi đặc trưng của đoạn đường thử nghiệm. Ở nước ngồi phổ biến dùng loại cần đo Benkenman tự động như cần TRRL của Anh , xe đo độ võng LACROIX - LCPC của Pháp . Khớp quay Hai cần đo song song q/2 Hộp điện tử chuyển đổi tín hiệu đo Hình 3-14: Sơ đồ xe đo độ võng LACROIX Các loại cần này cĩ thể tiến hành liên tục, cứ cách một cự ly nhất định lại đo độ võng một lần. 2. Phương pháp đo độ võng đàn hồi bằng thiết bị FWD (Falling Weight Deflectormeter) (22TCN 335-06) + Nội dung thí nghiệm: - Một khối tải trọng (Q) rơi từ độ cao (H) xuống một tấm ép (D), thơng qua bộ phận giảm chấn gây ra một xung lực xác định tác dụng lên mặt đường. Biến dạng (độ võng) của mặt đường ở tâm tấm ép và ở các vị trí cách tấm ép một khoảng quy định sẽ được các đầu cảm biến đo võng ghi lại. Các số liệu đo được như: xung lực tác dụng lên mặt đường, áp lực tác dụng lên mặt đường, độ võng mặt đường xác định được cường độ kết cấu mặt đường. - Thiết bị FWD được lắp đặt trên một chiếc moĩc và được một xe ơ tơ tải nhẹ kéo đi trong quá trình di chuyến và đo đạc. Việc điều khiển quá trình đo và thu thập số liệu được tự động thơng qua phần mềm chuyên dụng. + Các bộ phận chính của thiết bị đo: - Bộ phận tạo xung lực: • Khối tải Q, H. • Thời gian tác dụng của xung lực lên mặt đường (0,02 - 0,06 giây). - Tấm ép: • Tấm ép truyền tác dụng của tải trọng lên mặt đường cĩ đường kính 30cm. 56
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ • Tấm ép chế tạo bằng hợp kim, mặt đáy tấm ép cĩ dán một lớp cao su mỏng. • Giữa tâm của tấm ép cĩ lỗ rỗng để đặt cảm biến. - Các cảm biến đo võng: • Số lượng đầu đo võng thơng thường là 7 đầu đo, tối thiểu là 5 đầu đo. Cĩ một đầu đo đặt tại tâm tấm ép, các đầu đo khác cách tâm một khoảng theo thứ tự là: 30, 60, 90, 120, 150, 180 mm ). • Khi tiến hành đo độ võng để xác định mơ đun đàn hồi của đất nền đường, khoảng cách r từ chiếc cảm biến đo võng kề chiếc cảm biến đo võng cuối cùng đến tâm tấm ép phải thoả mãn điền kiện sau: 2 r ≥ 0,7ae ⎡ ⎛ ⎞ ⎤ 2 E P a= ⎢ a + ⎜ D 3 ⎟ ⎥ e ⎢ ⎜ M ⎟ ⎥ ⎣ ⎝ r ⎠ ⎦ • Khoảng cách r này theo kinh nghiệm, lấy từ 0,9m đến 1,2 m. - Cảm biến đo lực: • Độ lớn của xung lực phụ thuộc khơng những vào trọng lượng quả rơi, độ cao rơi, mà cịn cịn phụ thuộc vào các yếu tố khác (ma sát giữa quả nặng với thanh dẫn hướng, khả năng tiếp xúc giữa tấm ép và mặt đường ). • Bộ phận cảm biến đo lực (load-cell) cĩ khả năng đo được giá trị xung lực lớn nhất tác dụng lên mặt đường tại mỗi lần khối tải trọng rơi. - Hệ thống ghi, lưu trữ và xử lý số liệu: Các dữ liệu như độ lớn tải trọng (xung lực) tác dụng, áp lực tác dụng lên mặt đường, trị số độ võng của mặt đường đo được vv, được phần mềm chuyên dụng ghi lại vào máy tính. Các thơng tin hỗ trợ khác như nhiệt độ khơng khí, nhiệt độ mặt đường, khoảng cách giữa các vị trí đo, lý trình vị trí đo được lưu lại bằng phần mềm hoặc ghi lại vào sổ tay. 4,30 m 1,30 m Ăc quy Hộp nối dây Ơ tơ kéo Các đầu đo độ võng Dầm mang Bánhxe trước Vật rơi các đầu đo Hình 3-15: Sơ đồ máy ghi độ võng dùng vật rơi chấn động + Cơng tác chuẩn bị: - Thiết bị đo: • Thiết bị đo động FWD: theo hướng dẫn sử dụng kèm theo. • Các dụng cụ thí nghiệm khác: nhiệt kế, nước hoặc glycerin, búa, đục. 57
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ • Các dụng cụ đảm bảo ATGT: cờ hiệu, biển báo, đèn nhấp nháy. - Điểm đo: Mật độ điểm đo: Chia thành các đoạn đồng nhất: Đo đoạn đại diện (500- 1000m): đo 20 điểm. Nếu khơng chia được các đoạn đồng nhất: - Đối với dự án lập báo cáo đầu tư và quản lý khai thác đường ơtơ: mật độ đo từ 5 - 10 điểm đo/1 km. - Đối với dự án đầu tư (thiết kế cơ sở và thiết kế kỹ thuật): đo rải đều trên tồn tuyến với mật độ 20 điểm đo/1km. Chọn vị trí các điểm đo: các điểm đo võng thường được bố trí ở vệt bánh xe phía ngồi (cách mép mđ 0,6 - 1,2 mét). Với đường nhiều làn xe, phải đo võng của làn yếu nhất + Đo độ võng dọc tuyến đường: - Kéo thiết bị FWD đến vị trí cần đo độ võng. Lắp đặt thiết bị. - Đo độ võng: Bước 1: đưa khối tải trọng lên độ cao quy định và thả khối tải trọng rơi đập vào tấm ép để truyền một xung lực xuống mặt đường. Đầu cảm biến đo lực, cảm biến đo võng sẽ xác định xung lực, độ võng của mặt đường. Cần chú ý điều chỉnh độ cao rơi hoặc trọng lượng quả nặng để xung lực tác dụng xuống mặt đường là 40kN. Bước 2: lặp lại B.1. So sánh kết quả đo võng ở vị trí tâm tấm ép giữa 2 lần đo. Nếu hai kết quả đo võng khác nhau dưới 5% thì kết thúc đo. Sử dụng kết quả đo ở lần 2 làm cơ sở tính tốn. Bước 3: nếu B.2 khơng thoả mãn thì phải lặp lại B.1 cho đến khi độ võng của 2 lần đo liên tiếp khơng khác nhau quá 5%. Sử dụng kq đo lần cuối. Bước 4: nếu việc đo lặp như bước 1 đến lần thứ 5 mà vẫn khơng đạt thì cần thực hiện các cơng tác như sau: + Kiểm tra lại hệ thống thiết bị thí nghiệm; + Xem xét tình trạng tiếp xúc giữa tấm ép, các đầu đo võng với mđ; + Di chuyển thiết bị đến vị trí mới cách vị trí cũ 1~2m và đo lại. + Xử lý số liệu: - Xác định Mơdun đàn hồi của nền đường: 2 4, P Mơ đun đàn hồi của nền đường tại 1 vị trí đo: M = (MPa) ri d. r ri - P: là tải trọng tác dụng (xung lực), KN ; - r: là khoảng cách từ điểm đo độ võng đến tâm tấm ép truyền tải trọng cm; - dr: là độ võng của mặt đường (khơng điều chỉnh độ về nhiệt độ tính tốn của mặt đường) tại điểm cách tâm tấm ép một khoảng là r , cm. Mơ đun đàn hồi đặc trưng của nền đường: n ()M ∑ ri (MPa) M = 1 r n - Mri:là mơ đun đàn hồi của đất nền tại vị trí thử nghiệm thứ i, Mpa; - n: số điểm đo trên mỗi đoạn đường đồng nhất hoặc trên đoạn đường thí nghiệm. Mơ đun đàn hồi hữu hiệu của nền đường dùng trong thiết kế: tkế Mr = 0,33. Mr (MPa) - Mr: là mơ đun đàn hồi đặc trưng của nền đường MPa. 58
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Mơ đun đàn hồi hữu hiệu của kết cấu mặt đường tại 1 vị trí đo: ⎧ ⎡ 1 ⎤⎫ 1− ⎪ ⎢ 2 ⎥⎪ ⎪ ⎛ D ⎞ ⎪ ⎢ 1+ ⎜ ⎟ ⎥ ⎪ 1 ⎢ ⎝ a ⎠ ⎥⎪ d0 =1,5. p . a .⎨ + ⎢ ⎥⎬; 2 E ⎪ ⎛ ⎞ ⎢ pi ⎥⎪ D E p ⎜ 3 ⎟ ⎪M r 1+ ⎢ ⎥⎪ ⎜ a M ⎟ ⎪ ⎝ r ⎠ ⎢ ⎥⎪ ⎩⎪ ⎣⎢ ⎦⎥⎭⎪ d0:là độ võng ở tâm của tấm ép truyền tải trọng (đã được điều chỉnh về nhiệt độ chuẩn tính tốn của mặt đường nhựa ở 30oC ), cm. p: là áp lực truyền qua tấm ép, MPa; Epi: là mơ đun đàn hồi hữu hiệu của kết cấu mặt đường tại vị trí đo, MPa; Mr: là mđđh của lớp đất nền đường, MPa. Mơ đun đàn hồi hữu hiệu đặc trưng của kết cấu mặt đường: n ()E ∑ pi E = 1 P n Epi: là mơ đun đàn hồi hữu hiệu của kết cấu mặt đường tại vị trí thứ i, Mpa; n: là số điểm đo trên mỗi đoạn đường. Trình tự điều tra đánh giá tình trạng mặt đường cĩ thể tiến hành như sau: Trước hết nên dựa vào độ bằng phẳng để phân đoạn xem đoạn đường nào cần tiến hành điều tra tình trạng hư hỏng, đoạn nào cần đo năng lực chịu tải của kết cấu và đoạn nào cần xác định khả năng chống trơn trượt; sau đĩ tiến hành đo độ võng, xác định khả năng chống trơn trượt và điều tra tình trạng hư hỏng trên các đoạn đĩ. Trên cơ sở các kết quả điều tra, xác định sự cần thiết phải sửa chữa hoặc cải tạo và bố trí thứ tự ưu tiên. 3.5 HỆ THỐNG QUẢN LÝ MẶT ĐƯỜNG Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, xe cộ chạy trên đường và tải trọng ngày càng cĩ xu thế tăng lên, mặt đường ngày càng nhanh chĩng bị hư hỏng, nếu khơng kịp thời duy tu bảo dưỡng và cải tạo thì tình trạng đường sẽ xuống cấp nhanh chĩng. Do vậy, làm sao để thực hiện việc quản lý đối với mạng lưới đường hiện cĩ một cách khoa học và cĩ hiệu quả, sử dụng một cách hợp lý nguồn vốn và vật tư cĩ hạn để giữ được trạng thái mặt đường ở mức tốt nhất tương ứng, đĩ chính là một vấn đề cấp bách cần được giải quyết của các cơ quan quản lý đường. Dựa trên quan điểm cơng trình hệ thống và phương pháp vận trù học, trong những năm gần đây Trung Quốc đã nghiên cứu lập ra hệ thống quản lý mặt đường sẽ được giới thiệu sau đây: 3.5.1 Quản lý mặt đường và hệ thống quản lý mặt đường Quản lý mặt đường, theo nghĩa rộng đã bao gồm cả các hoạt động cĩ liên quan đến việc tạo ra và duy trì mặt đường. Các hoạt động này bao gồm các cơng việc quy hoạch, thiết kế, thi cơng, duy tu bảo dưỡng, quan sát đánh giá tình trạng đường và nghiên cứu. Nội dung chủ yếu và quan hệ giữa các bộ phận này được biểu diễn như sau: 59
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Hình 3-16: Sơ đồ hoạt động của các bộ phận trong hệ thống quản lý mặt đường Hệ thống quản lý mặt đường như trên nhằm tạo ra cơng cụ và phương pháp để trợ giúp cho các cán bộ cĩ trách nhiệm trong các cơ quan quản lý, giúp họ tìm được phương án tốt nhất về chi phí – hiệu quả để tạo ra và duy trì được mặt đường cĩ đủ mức phục vụ trong một thời kỳ nhất định. Tác dụng của hệ thống quản lý mặt đường là ở chỗ : Cải thiện được hiệu quả của các quyết định, đồng thời tạo ra tác dụng trở lại bảo đảm cho các quyết định đĩ đạt được sự nhất trí cao. 3.5.2 Phân cấp hệ thống quản lý mặt đường Hệ thống quản lý mặt đường thường được phân làm 2 cấp: Cấp mạng lưới và cấp hạng mục. + Cấp mạng lưới: Hệ thống quản lý cấp mạng lưới thường bao gồm một khu vực, như mạng lưới đường trong một tỉnh, một thành phố v.v hoặc một loạt nhiều hạng mục cơng trình. Nhiệm vụ chủ yếu của nĩ là cung cấp các cách giải quyết cho các cơ quan quản lý khi đưa ra các quyết định hành chính và các quyết định then chốt, quan trọng. Nhiệm vụ này gồm cĩ: a/ Quy hoạch lưới đường: 60
Bài giảng: Bảo dưỡng sửa chữa đường ơ tơ Xác định các hạng mục làm mới, cải tạo, duy tu, sửa chữa cần phải tiến hành trong mạng lưới đường. b/ Bố trí kế hoạch: Xác định thứ tự ưu tiên của các hạng mục và thời gian thích hợp để tiến hành các hạng mục nĩi trên. c/ Dự tốn: Xác định vốn cho các năm. d/ Phân phối vật tư, tiền vốn. Hình 3-17: Sơ đồ các yếu tố cơ bản của hệ thống quản lý mặt đường cấp mạng lưới + Cấp hạng mục: Hệ thống quản lý mặt đường cấp hạng mục cĩ mục tiêu là một hạng mục cơng trình. Nhiệm vụ chủ yếu của nĩ là đưa ra các cách giải quyết khi các cơ quan quản lý cần phải cĩ các quyết định kỹ thuật đối với một cơng trình nào đĩ nhằm chọn phương án tối ưu về chi phí hiệu quả. Các yếu tố cơ bản của hệ thống quản lý cấp hạng mục và mối quan hệ của nĩ với hệ thống quản lý cấp mạng lưới được biểu diễn như sơ đồ: 61