MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Những hƣ hỏng mặt đƣờng bê tông nhựa hiện nay Mặt đƣờng bê tông nhựa (BTN) ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam. Bên cạnh công tác nghiên cứu, triển khai thi công các dự án mới, chúng ta còn phải chú trọng công tác quản lý, bảo trì, duy tu những công trình hiện hữu, đang sử dụng. Sự hƣ hỏng mặt đƣờng sau một thời gian sử dụng do nhiều nguyên nhân sẽ làm giảm đáng kể chất lƣợng khai thác đƣờng, an toàn giao thông, tăng chi phí đầu tƣ xây dựng. Đây là mối quan tâm hàng đầu của những ngƣời làm công tác quản lý giao thông và đơn vị thi công duy tu mặt đƣờng.
Theo hƣớng phát triển của các hƣ hỏng trên mặt đƣờng BTN thƣờng xuất hiện gồm 4 loại sau: Nứt mặt đƣờng, biến dạng mặt đƣờng, mất mát vật liệu và lún nứt “cao su”.1 Hư hỏng do nứt mặt đường Nứt mặt đường [1] là dạng hƣ hỏng phổ biến nhất hiện nay, xảy ra khi có tải trọng tác động lên vƣợt quá ứng suất kéo của bê tông nhựa. Một số dạng nứt mặt nhƣ: Nứt ngang (Transverse cracks), vết nứt dọc theo tim đƣờng (Longitudinal cracks), nứt mạng lƣới hay nứt mai rùa, nứt da cá sấu (alligator cracks) và hiện tƣợng nứt phản ảnh.1 Vết nứt da cá sấu.2 Vết nứt ngang. [2] 2 Nguyên nhân gây ra: có thể do việc thi công không đảm bảo chất lƣợng công trình, mật độ phƣơng tiện vận tải tăng cao so với thiết kế, sự lão hóa bê tông nhựa mặt đƣờng sau thời gian dài sử dụng, do việc bảo trì thoát nƣớc mặt đƣờng không tốt, để tình trạng đọng nƣớc trên mặt đƣờng. + Nứt ngang là những vết nứt nằm vuông góc với đƣờng tim đƣờng.
Nó có thể xuất hiện bất kỳ vị trí nào trong làn. Căn cứ vào bề rộng vết nứt để đánh giá mức độ hƣ hỏng của đƣờng. Vết nứt nhỏ là vết nứt có bề rộng <6mm (0.25in); vết nứt trung bình là vết nứt có bề rộng >6mm (2.5in) và < 19mm (0.75in); vết nứt lớn là vết nứt có bề rộng >19mm (0.3 Vết nứt ngang lớn.4 Vết nứt ngang trung bình. [2] + Nứt dọc thƣờng xuất hiện do nguyên nhân mở rộng làn đƣờng, mặt đƣờng biến dạng không đều giữa các đoạn thi công cũ và mới.
Nứt dọc theo vệt lún bánh xe do tải trọng xe gây ra vƣợt quá giới hạn chịu kéo của bê tông nhựa. Việc phân loại đánh giá mức độ hƣ hỏng vết nứt dọc giống nhƣ vệt nút ngang. Bề rộng vết nứt càng lớn thì chiều sâu vết nứt càng lớn và càng nghiêm trọng.5 Vết nứt ngang nhỏ.6 Vết nứt dọc mức độ lớn. [2] 3 + Nứt mạng lƣới [1] là dạng hƣ hỏng phát triển từ các vết nứt ngang và dọc, khi tải trọng tác dụng lên mặt đƣờng, dẫn dến xuất hiện các vết nứt không liên tục theo vệt bánh xe.
Các vết nứt này bắt đầu đầu phát triển dần lên và bắt đầu kết nối lại với nhau hình thành những vết nứt dạng da cá sấu hay nứt dạng mai rùa. Nếu tiếp tục để nặng hơn tại vị trí đó sẽ xuất hiện “ổ gà”. Quá trình xuống cấp mặt đƣờng diễn ra khá nhanh do sự bong bật mảnh vật liệu bề mặt. + Nứt phản ảnh [3] là dạng phổ biến nhất của mặt đƣờng dạng bán cứng, xuất hiện sớm trong quá trình khai thác, do đó làm giảm tuổi thọ của công trình (AASHTO 1993).
Vết nứt bắt đầu xuất hiện tại các vị trí là mối nối của mặt đƣờng bê tông xi măng (BTXM) ở phía dƣới và phát triển lên phía trên. Nguyên nhân có thể do sự làm việc không đồng nhất giữa BTXM và BTN, do tác dụng của nhiệt gây ra các vết nứt ở vị trí bên dƣới. Ngoài ra, tải trọng giao thông có thể gây ra các dịch chuyển thẳng đứng không đều (Roberts et al 1996). Các dịch chuyển này gây ra biến dạng trong lớp BTN và dẫn đến sự hình thành của vết nứt.
Các vết nứt tạo ra đƣờng thấm nƣớc, dẫn đến các hƣ hỏng do nƣớc nhƣ phùi nhựa và bong bật lớp nhựa.2 Hư hỏng do biến dạng mặt đường Biến dạng mặt đường [1]: là dạng biến dạng phổ biến hiện nay, thƣờng xuất hiện dƣới dạng: Hằn lún vệt bánh xe (HLVBX), lún lõm, lƣợn sóng. Hằn lún vệt bánh xe là hiện tƣợng mặt đƣờng bị lún xuống theo phƣơng dọc tại vệt bánh xe trên mặt đƣờng. Hiện tƣợng này làm hƣ hỏng kết cấu mặt đƣờng, gây trơn trƣợt khi chạy xe, đặc biệt trong thời tiết trời mƣa, hoặc chạy vào ban đêm. Nguyên nhân do sự biến dạng của bê tông nhựa, kết cấu không đảm bảo độ chặt, dƣới tác dụng đầm nén của bánh xe, hỗn hợp vật liệu mặt đƣờng di chuyển, gây mất ổn định.7 Hiện tƣợng HLVBX.3 Hư hỏng do mất mát vật liệu bề mặt Là dạng hƣ hỏng do vật liệu bề mặt bị bong tróc, mất tính kết dính trong hỗn hợp bê tông nhựa.
Thƣờng xảy ra khi có sự xuất hiện của nƣớc xung quanh cốt liệu và màng nhựa đƣờng. Độ bền cố kết của cấu trúc bê tông nhựa phụ thuộc vào sự dính bám giữa nhựa đƣờng và cốt liệu. Khả năng dính bám giữa bề mặt các hạt cốt liệu và nhựa đƣờng phụ thuộc vào chất lƣợng của nhựa đƣờng, tính chất cốt liệu, điều kiện môi trƣờng, mật độ giao thông. Bên cạnh đó là việc tăng khả năng thoát nƣớc của mặt đƣờng, giảm hiện tƣợng ngập cục bộ, hay ứ đọng nƣớc trên đƣờng [1].8 Hƣ hỏng mặt đƣờng dạng mất mát vật liệu.4 Hư hỏng do lún nứt “cao su” Biến dạng này thƣờng rất hiếm gặp trên đƣờng cao tốc và đƣờng ô tô cấp cao, biến dạng có thể xảy ra lún nứt nhƣng không lớn, chỉ xảy ra ít nhiều ở đƣờng cấp 5 thấp hơn.
Biến dạng cao su [1] là do nguyên nhân đất nền bị ngậm nƣớc đạt đến mức hạn độ dẻo mà không có lối thoát ra theo phƣơng ngang (tạo thành nhƣ một túi chứa nƣớc). Khi có tải trọng ô tô tác dụng thì túi nƣớc này chỉ còn cách phụt theo khe nứt lên mặt đƣờng. Nguyên nhân có thể hình thành do quá trình thi công không xử lý tốt công tác thoát nƣớc, làm cho nền ngậm nƣớc hoặc do quá trình thi công mở rộng nền đƣờng trong những khu vực ao hồ, trũng nƣớc, không xử lý triệt để dẫn đến hƣ hỏng này.2 Thực trạng mặt đƣờng bê tông nhựa ở Việt Nam Mặt đƣờng bê tông nhựa tại Việt Nam đƣợc áp dụng rộng rãi từ thập niên 90, dựa trên cơ sở lý thuyết và công nghệ thi công, nghiệm thu mặt đƣờng bê tông nhựa của Liên Xô. Tiếp theo đó, cùng với quá trình phát triển và hội nhập quốc tế, các hệ thống tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu đƣợc tiếp thu, áp dụng vào tiêu chuẩn tại Việt Nam.
Sau nhiều lần ban hành và cập nhật, điều chỉnh, thì gần đây nhất là TCVN 8819:2011 ”Mặt đƣờng bê tông nhựa nóng – Yêu cầu thi công và nghiệm thu” [4] đang có hiệu lực thi hành trong việc quy định những yêu cầu kỹ thuật về vật liệu, công nghệ thi công, kiểm tra, giám sát và nghiệm thu các lớp bề mặt BTN. Giao thông là tiền đề cho sự phát triển Kinh tế - Chính trị - Xã hội. Chính vì vậy, Chính phủ Việt Nam đã tập trung vào việc đầu tƣ phát triển khoa học kỹ thuật, hợp tác nhiều dự án chuyển giao công nghệ với các nƣớc phát triển, cũng nhƣ chú trọng công tác đào tạo nguồn nhân lực: Kỹ sƣ, nhà nghiên cứu, lao động có trình độ cao. Giao thông nƣớc ta hiện nay đã có nhiều biến chuyển, nhiều dự án áp dụng nghệ mới vào thi công nhằm nâng cao chất lƣợng công trình, giảm chi phí giá thành xây dựng, bảo dƣỡng.
Với những chủ trƣơng chính sách phát triển lâu dài, bền vững, Chính phủ và Bộ Giao Thông Vận Tải đã đầu tƣ mạnh mẽ cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông, nhiều công trình mang tầm vóc quốc tế nhƣ: Tuyến đƣờng cao tốc Sài Gòn - Trung Lƣơng, tuyến đƣờng cao tốc Nội Bài - Lào Cai, dự án đƣờng hầm sông Sài Gòn, dự án cầu Mỹ Thuận, dự án cầu Cần Thơ, dự án cầu Nhật Tân. 6 Hiện nay, rất nhiều tuyến đƣờng bê tông nhựa ở nƣớc ta xuất hiện những hƣ hỏng mặt đƣờng nhƣ nứt dọc, nứt ngang, ổ gà, chảy nhựa, lún nứt cao su, xô dồn. gây ảnh hƣởng tới chất lƣợng công trình, an toàn giao thông. Đặc biệt, thời gian gần đây, hiện tƣợng hằn lún vệt bánh xe (HLVBX) gây hƣ hỏng mặt đƣờng thƣờng xảy ra trên các tuyến đƣờng chính, vừa đƣa vào sử dụng nhƣ dự án Đại lộ Đông Tây, dự án cao tốc Tp.
Hồ Chí Minh - Long Thành, tuyến đƣờng Nguyễn Văn Linh, quốc lộ 1, quốc lộ 5… đã trở thành đề tài nóng đối với ngành giao thông vận tải nói riêng và với ngƣời dân cả nƣớc nói chung. Theo báo cáo của Bộ Giao Thông Vận Tải (GTVT) tại Hội thảo “Tiến độ và chất lƣợng công trình giao thông” do Báo giao thông tổ chức ngày 15/11/2013, xác định hiện tƣợng hằn lún vệt bánh xe gần nhƣ xảy ra trên tất cả các trục đƣờng chính, những tuyến cao tốc hiện đại mới xây dựng có lƣợng giao thông lớn. Bên cạnh đó, kể cả những công trình đƣợc thiết kế và thi công một cách cẩn trọng, sử dụng nhiều vật liệu có cải tiến. Nhiều cuộc họp, tọa đàm, hội nghị đã đƣợc Bộ GTVT và các cơ quan chức năng tổ chức để các chuyên gia, các đơn vị nghiên cứu báo cáo nguyên nhân và đề xuất các giải pháp khắc phục.9 Hiện tƣợng lún vệt hằn bánh xe Hình 1.10 Hiện tƣợng HLVBX trên trên Xa lộ Hà Nội.3 Nguyên nhân xuất hiện hằn lún vệt bánh xe Trên thế giới, hiện tƣợng hằn lún vệt bánh xe trên mặt đƣờng BTN khá phổ biến và ngay từ công tác thiết kế dạng hƣ hỏng này đã đƣợc xét tới trong quá trình thiết kế sơ bộ.
Nhiều nhà khoa học, nghiên cứu trên thế giới đã phân tích và đánh giá, 7 dựa vào kết luận từ những nghiên cứu đƣợc công bố thì nguyên nhân chính dẫn tới hiện tƣợng lún trồi đó là: + Công tác lu lèn không đảm bảo yêu cầu; + Hiện tƣợng lún trồi do lớp vật liệu không đảm bảo về cƣờng độ, độ bền; + Sự liên kết giữa cốt liệu và nhựa trong hỗn hợp không đảm bảo; + Quá trình sản xuất không đảm bảo chất lƣợng; + Sự gia tăng về lƣu lƣợng và tải trọng giao thông; + Ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng đối với sự làm việc của hỗn hợp BTN; + Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đƣờng chƣa hợp lý.
