Chương 1: Tổng quan về các thông số đặc trưng đánh giá chất lượng khai thác khai thác mặt đường BTXM. Chương 2: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải mặt đường BTXM. Chương 3: Thiết kế chế tạo thiết bị phù hợp phục vụ nghiên cứu thực nghiệm Chương 4: Thực nghiệm hoàn thiện phương pháp đánh giá các tham số chất lượng khai thác mặt đường BTXM. Kết luận và kiến nghị 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM 1.Khái niệm về chất lƣợng, sức chịu tải của mặt đƣờng Theo ISO 9000:2007 (TCVN) chất lượng là tập hợp các đặc tính của một thực thể, tạo cho thực thể đó khả năng thỏa mãn những nhu cầu đã được công bố hay còn tiềm ẩn.
Nói cách khác, chất lượng là mức độ đáp ứng các yêu cầu của một tập hợp các đặc tính vốn có.Chất lượng công trình xây dựng là những yêu cầu tổng hợp đối với đặc tính về an toàn, bền vững, kỹ thuật và mỹ thuật của công trình phù hợp với quy chuẩn xây dựng, tiêu chuẩn kỹ thuật, phù hợp với hợp đồng kinh tế và pháp luật hiện hành của Nhà nước. Trong giới hạn của luận án, xin phép được đề cập và giới hạn nội dung: Khả năng chịu tải và nguy cơ tiềm ẩn ảnh hưởng đến sức chịu tải là một trong những yếu tố đặc trưng nhất cho chất lượng khai thác của mặt đường bê tông xi măng. Theo [32] sức chịu tải của mặt đường là năng lực chịu các tác động từ bên ngoài (nhiệt độ, tải trọng xe và kể cả tải trọng bản thân) mà vẫn đảm bảo yêu cầu về kết cấu như thiết kế ban đầu của nó trong suất thời hạn tính toán của kết cấu này. - Đánh giá sức chịu tải mặt đường thông qua hồ sơ thiết kế là công tác tính toán dựa trên những tham số đã biết của các lớp vật liệu, điều kiện môi trường xây dựng, mô hình, công thức theo tiêu chuẩn áp dụng.
- Đánh giá sức chịu tải mặt đường BTXM sau khi thi công thông qua việc đo đạc các tham số cơ lý xuất hiện khi mặt đường chịu tác dụng của tải trọng, từ đó tính toán, dự báo sức chịu tải của mặt đường. Một trong những phương pháp phổ biến là xác định tương quan giữa tải trọng và độ võng mặt đường. Tổng quan về kết cấu mặt đƣờng BTXM Đối tượng nghiên cứu đề cập trong luận án là mặt đường bê tông thông thường có khe nối, do đây là loại hình kết cấu đang được áp dụng phổ biến tại Việt Nam. Cấu tạo mặt đường BTXM thông thường Các hình vẽ sau đây giới thiệu một số cấu tạo điển hình của kết cấu mặt đường BTXM thông thường có khe nối.
Sơ đồ bố trí khe và phân tấm áo đường BTXM thông thường 1-Khe dãn 2-Khe co 3-Khe dọc 4-Thanh liên kết và thanh truyền lực l=480÷500cm(tùy thuộc điều kiện biến đổi nhiệt độ) b/2 = 360÷400cm Hình 1. Cấu tạo khe mặt đường BTXM thông thường a/Khe dãn b/Khe co giả hoặc khe thi công c/Khe dọc kiểu ngàm d/Khe dọc có thanh liên kết chống trôi tấm, không quét nhựa 1-Thanh truyền lực d24-d32 2-Đường nứt do tiết diện giảm yếu 3-Thanh thép liên kết d12 bằng thép gờ Mặt đường BTXM không cốt thép đổ tại chỗ có đặc điểm là mặt đường được phân thành các tấm như hình 1. Các tấm được đặt trên lớp cách ly để giảm ứng suất nhiệt, khắc phục các hiện tượng co dãn do thay đổi nhiệt độ. Các khe co, khe dãn, khe dọc phải có cấu tạo đảm bảo cho tấm co dãn tự do, đồng thời phải đảm bảo truyền lực từ tấm này sang tấm khác khi tải trọng tác dụng gần mép tấm, (hình 1.
Về cấu tạo các lớp kết cấu mặt đường BTXM thông thường được cấu tạo như ở hình 1. Cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM lề rộng có bố trí ống thoát nước ngầm 1-Lớp mặt (tấm BTXM) 2-Lớp tạo phẳng và cách ly 3-Lớp móng 4-Lớp móng dưới 5-Ống thoát nước 6-Bê tông thấm nước 7-Vải lọc Trường hợp lề hẹp, nước ở mặt phân cách giữa tầng mặt và móng có thể thoát trực tiếp ra ta luy nền đường thì cấu tạo thoát nước có thể không cần có ống: Hình 1. Kết cấu mặt đường BTXM thông thường trên đường ôtô B-Bề rộng phần xe chạy C-Bề rộng lề Bm-Bề rộng móng b-Dải an toàn hoặc gia cố lề d-Bề rộng thêm của lớp móng so với lớp mặt, d<0,3-0,5m 1- Lớp mặt (tấm BTXM) 2-Lớp tạo phẳng và cách ly 3-Lớp móng 4-Lớp đáy áo đường 5-Lớp bê tông rỗng thoát nước 6-Lề gia cố 7-Vải lọc 1. Về tấm BTXM mặt đường - BTXM làm áo đường cứng phải có cường độ cao để hạn chế nứt và chống mài mòn tốt.
Do vậy chỉ được phép dùng bê tông có cường độ chịu kéo-uốn giới hạn không nhỏ hơn 4MPa, cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ hơn 30MPa. Đối với đường ô tô cấp cao (cao tốc, đường cấp I, II, III) hoặc mặt đường sân bay (đường hạ cất cánh (HCC), đường lăn (ĐL), sân đỗ (SĐ) máy bay), yêu cầu này tương ứng là 4,5MPa và 35MPa. - Bề dày tấm BTXM được xác định theo tính toán với trường hợp tải trọng bánh (ôtô hoặc cụm bánh máy bay) đặt ở tâm, cạnh và góc tấm. Với đường ô tô thì bề dày 7 tối thiểu phải là 18 cm - tính với trục xe 100 kN; tối thiểu là 24cm - tính với trục xe 120 kN.
Đối với đường HCC, ĐL và SĐ máy bay thì bề dày tấm BTXM phải được xác định theo tính toán, thông thường trong khoảng 30†60cm. - Bề rộng tấm (tức là khoảng cách giữa hai khe dọc) không được lớn hơn 4,5m (theo AASHTO không được lớn hơn 4,3m) và phải chọn sao cho khe dọc không trùng với vệt bánh xe ô tô (hoặc vệt càng bánh máy bay). Tỷ lệ giữa chiều dài và chiều rộng tấm không vượt quá 1,25 ( theo AASHTO). Chiều dài tấm cần được xác định theo điều kiện khống chế ứng suất nhiệt cho phép xảy ra trong tấm, theo chỉ dẫn mới nhất của AASHTO thì chiều dài tấm lớn nhất là 4,5m.
Theo tác giả Dương Học Hải và các cộng sự [15], thì trong điều kiện khí hậu nước ta chiều dài lớn nhất của tấm BTXM mặt đường thông thường là 5,0m đối với khu vực phía Bắc và 4,8m đối với khu vực phía Nam, tương ứng với trường hợp cường độ kéo uốn của bê tông bằng 4,0MPa. Tổng quan về các loại hƣ hỏng kết cầu mặt đƣờng BTXM Khảo sát những hư hỏng thường gặp phải trong điều kiện khai thác của Việt Nam từ đó nghiên cứu đề xuất phương pháp đánh giá, chỉ tiêu đánh giá, thông số quan trọng ảnh hưởng đến sức chịu tải mặt đường là công việc cần thiết của việc nghiên cứu. Một trong những hư hỏng phổ biến là nứt tấm bê tông mặt đường. Hình dạng vết nứt thường xuất hiện dọc hay ngang theo đường, hoặc tại góc tấm BTXM.
Theo kết quả nghiên cứu khảo sát bởi nhóm đề tài [19] có sự tham gia trực tiếp của NCS tại đoạn tuyến đường Hồ Chí Minh cho thấy: Số tấm hư hỏng khá nhiều (25,3% tổng số tấm khảo sát) trong đó phổ biến nhất là hư hỏng do nứt vỡ (47,7% tổng số tấm hư hỏng), hư hỏng xuất phát từ mối nối (42,7% tổng số tấm hư hỏng). Tương tự khảo sát đoạn tuyến QL18 thuộc địa phận tỉnh Quảng Ninh cũng cho thấy số tấm hư hỏng nhiều (22,4% tổng số tấm khảo sát), hư hỏng do nứt vỡ (48,1% tổng số tấm hư hỏng), hư hỏng xuất phát từ khe nối (46,5% tổng số tấm hư hỏng). Qua khảo sát cho thấy khi mặt đường BTXM hư hỏng thì rất khó sửa chữa. Những hư hỏng này tồn tại khá dài và ngày càng trầm trọng gây khó khăn cho người và phương tiện lưu thông.
Do vậy cần có phương pháp đánh giá sức chịu tải mặt đường BTXM phù hợp nhằm phát hiện sớm những tấm có nguy cơ hư hỏng, có biện pháp và kế hoạch khắc phục kịp thời. Các thông số đặc trƣng cho khả năng khai thác của kết cấu mặt đƣờng bê tông xi măng. Hiện nay, trên Thế giới có rất nhiều phương pháp đánh giá mặt đường bê tông xi măng khác nhau làm cơ sở cho việc duy tu, bảo dưỡng và thiết kế nâng cấp. Mỗi phương pháp dựa trên các thông số khác nhau.
Có thể phân thành hai nhóm chính: 1. Nhóm 1: Đánh giá theo kinh nghiệm Việc đánh giá khả năng khai thác của kết cấu dựa vào số liệu thị sát và thí nghiệm vật liệu hoặc dựa vào sự hư hại của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng. Bằng các kinh nghiệm đúc kết được trong suốt quá trình xây dựng, khai thác và sửa chữa, nâng cấp mà đề ra các giải pháp thiết kế tăng cường hoặc duy tu và sửa chữa. Ví dụ như: Căn cứ vào các số liệu đánh giá tình trạng hư hỏng bề mặt,tình trạng thoát nước, số liệu thí nghiệm trên mẫu khoan và thí nghiệm vật liệu, từ đó đề ra các biện pháp sửa chữa hoặc tăng cường.
Căn cứ vào các số liệu thống kê số lượng tải trọng mà kết cấu đã phục vụ cùng với sự thay đổi các đặc trưng cơ lý của vật liệu để đánh giá mức độ hư hỏng của kết cấu. Dựa vào mức độ hư hỏng hiện tại của kết cấu, khả năng phục vụ còn lại của kết cấu sẽ được ước tính và so sánh lượng xe tương lai có đáp ứng được hay không hoặc phân loại lại cấp hạng của đường, làm cơ sở để chọn các thông số tính toán cho mặt đường hiện hữu khi tăng cường, sửa chữa. Ngoài ra, người ta có thể tiến hành xác định bổ sung các thông số đánh giá theo chức năng tình trạng mặt đường như các chỉ tiêu độ bằng phẳng, khả năng chống trơn trượt và các điều kiện an toàn khác. Nhóm 2: Các thông số dựa trên cơ sở bài toán cơ học Hiện nay, trên thế giới tồn tại rất nhiều phương pháp tính toán kết cấu mặt đường bê tông xi măng và mỗi nước dùng một phương pháp thích hợp cho điều kiện của nước mình.
Có thể thấy rằng, các phương pháp tính toán mặt đường bê tông xi măng chủ yếu dựa trên hai bài toán cơ học cơ bản đó là: các phương pháp dựa trên bài toán “tấm trên nền đàn hồi” và bài toán “hệ đàn hồi nhiều lớp”.
