Tài liệu đánh giá thực trạng hư hỏng và đề xuất phương án sửa chữa mặt đường bê tông nhựa đoạn km 115 km 118 quốc lộ 54, tỉnh trà vinh

TÓM TẮT ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG HƯ HỎNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM 115 - KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH Học viên: Thái Văn Nghiệp, Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông. Mã số: 85.80.205 Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng. Tóm tắt: Đứng trước thực trạng như hiện nay thì việc tìm hiểu các biến dạng, hư hỏng của đường, nguyên nhân gây ra biến dạng, hư hỏng, hậu quả của hư hỏng đó gây ra và tìm ra các phương pháp sửa chữa tối ưu là việc làm hết sức cần thiết và cấp bách, trên các tuyến đường Quốc lộ nói chung tỉnh Trà Vinh nói riêng. Trong nội dung luận văn này học viên chọn đề tài: Đánh giá thực trạng hư hỏng và đề xuất phương án sửa chữa mặt đường bê tông nhựa đoạn km115 - km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh nhằm tìm ra nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa nhằm đưa ra phương án sửa chữa hợp lý nhất đảm bảo về mặt chất lượng hiệu quả về kinh tế là việc làm hết sức cần thiết hiện nay. EVALUATION OF REALITY AND PROPOSALS REPAIRING PLAN FOR PLASTIC CONCRETE ROADS SECTION KM 115 - KM 118 NATIONAL AREA 54, TRA VINH PROVINCE rainee: Thai Van Nghiep, Major: Civil Engineering. Code:85.80.205 Key: K36 Polytechnic University – University Danang. Summary: Facing the current situation, the investigation of the deformation, the damage of the road, the causes of the deformation, the damage, the consequences of that damage, and find out the repair methods Superiority is a very necessary and urgent job. on national highways in general, Tra Vinh province in particular. In the content of this thesis, students choose the topic: Assessing the situation of damage and proposing a plan to repair the asphalt pavement at km115 + km 118 Highway 54, Tra Vinh province in order to find out the cause of face damage. asphalt roads to offer the most reasonable repair plan to ensure that the quality and economic efficiency is the most necessary work today. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ TÓM TẮT ........................................................................................................................ MỤC LỤC ........................................................................................................................ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH...................................................................................... DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................... MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH TRẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG ............................................6 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA: (theoTCVN 8820 : 2011) .....................................................................................................................6 1.1. Khái niệm cơ bản một số loại mặt đường nhựa điển hình........................................6 1.1.1. Bê tông nhựa cấp phối chặt (Dense-graded HMA ) ..............................................6 1.1.2. Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn (Gap-graded HMA ) ........................................6 1.1.3. Bê tông nhựa cấp phối hở (Open-graded HMA ) ..................................................6 1.1.4. Bê tông nhựa có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt ...................................7 1.1.5. Hỗn hợp đá- vữa nhựa (Stone matrix asphalt hoặc Stone mastic asphalt -SMA) .7 1.1.6. Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu (Maximum size of aggregate) ..................................7 1.1.7. Cỡ hạt lớn nhất danh định của cốt liệu (Nominal maximum size of aggregate) ...7 1.2. Ưu, nhược điểm (TCVN 8820 : 2011) ....................................................................7 1.2.1.Ưu điểm ..................................................................................................................7 1.2.2. Nhược điểm ...........................................................................................................8 1.3. PHÂN LOẠI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA THEO CÔNG NGHỆ THI CÔNG: (TCVN 8819 : 20119) ......................................................................................8 13.1. Bê tông nhựa không lu lèn ......................................................................................8 1.3.2. Bê tông nhựa lu lèn ................................................................................................ 8 1.3.3. Bê tông nhựa rải nóng ........................................................................................... 8 1.3.4. Bê tông nhựa rải nguội .......................................................................................... 8 1.3.5. Sự tương tác giữa các vật liệu ...............................................................................8 1.4. CHỨC NĂNG CÁC LOẠI CỐT LIỆU TRONG THÀNH PHẦN HỔN HỢP BÊ TÔNG NHỰA: ..............................................................................................................10 1.4. 1. Cấu trúc của BTN ............................................................................................... 10 1.4.2. Về mặt chịu lực....................................................................................................10 1.5. TÌNH TRẠNG HƯ HỎNG CỦA CÁC MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC NÓI CHUNG: ...................................................10 1.5.1. Phân loại nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa thường gặp (Theo TCCS07:2013/TCĐBVN) ............................................................................................. 10 1.5.2. Nứt mỏi: (Fatigue Cacking, Alligator cracking) (hình 2.1) ................................ 11 1.5.3. Nứt do nhiệt độ thấp (Low temperature thermal cracking) (hình 2.2) 12 1.5.4. Nứt dọc (Longitudinal cracking) (hình 2.3) ........................................................ 13 1.5.6. Nứt ngang (Transverse cracking) (hình 2.5) ......................................................14 1.5.7. Nứt lưới lớn dạng khối (Block cracking) (hình 2.5) ..........................................15 1.5.8. Nứt phản ánh (Reflect Craking) (hình 2.6) ......................................................... 16 1.5.9. Nứt trượt (Slippage Cracking) (hình 2.7) ............................................................ 17 1.5.10. Lún vệt bánh xe (Rutting) (hình 2.8) .................................................................18 1.5.11. Bong bật (Raveling) (Hình 2.9) .........................................................................19 1.5.12. Vết vá mặt đường / Ổ gà (Patching / Potholes) (hình 2.10) .............................. 20 1.5.13. Chảy nhựa (Bleeding; Frushing) (Hình 2.11) ...................................................22 1.5.14. Hư hỏng theo thời gian ......................................................................................23 1.6. NHẬN ĐỊNH NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG CÁC MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ........................................................................................................................... 23 1.6.1. Nhân tố con người ............................................................................................... 23 1.6.2. Nhân tố khí hậu ...................................................................................................23 1.6.3. Về biện pháp thi công, và chế tạo hỗn hợp BTN ................................................23 1.6.4. Chất lượng của đất và vật liệu. ............................................................................23 1.6.5. Chất lượng của thiết kế cấp phối. ........................................................................24 1.6.7. Ảnh hưởng của xe quá tải và các loại xe tải nặng ( TCVN 8819-2011) .............24 1.7. Hình ảnh tổng quan về hư hỏng mặt đường BTN ở Việt Nam và Thế giới ..........24 1.7.1. Trên thế giới: .......................................................................................................24 1.7.2. Ở việt Nam: .........................................................................................................25 1.7.3. Ở tỉnh Trà Vinh: .................................................................................................25 1.8. CÁC BIỆN PHÁP SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA THEO TỪNG NGUYÊN NHÂN ĐƯỢC ÁP DỤNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .............25 1.8.1. Phun sương nhựa lỏng ......................................................................................... 25 1.8.2. Láng nhựa mỏng ..................................................................................................25 1.8.3. Láng vữa nhựa nguội .......................................................................................... 26 1.8.4. Láng nhựa bằng nhựa đường polyme ..................................................................26 1.8.5. Phương pháp tái sinh nguội bằng máy tái sinh ...................................................26 1.8.6. Phương pháp rải thêm một lớp bê tông nhựa nóng mới ......................................26 1.9. KẾT LUẬN CHƯƠNG: ......................................................................................... 26 CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN GÂY RA HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM 115 + KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH ......................................................................27 2. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM115 - KM118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH: .............27 2.1. Tổng quan hiện trạng hình ảnh và số liệu khảo sát hư hỏng mặt đường bê tông nhựa đoạn Km 115 - Km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh .............................................28 2.1.3. Đoạn tuyến khảo sát km115 +Km116 ................................................................ 29 2.1.5. Đoạn tuyến khảo sát km116+km117 ..................................................................31 2.1.6. Nhận xét:..............................................................................................................32 2.1.8. Nhận xét:..............................................................................................................33 2.1.9. Đoạn tuyến khảo sát km 117 + km 118 .............................................................. 34 2.1.10. Nhận xét:...........................................................................................................35 2.2. CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HƯ HỎNG: ......................................................................35 2.2.1. Phân loại đánh giá chất lượng đường bộ ............................................................. 35 2.3. Bản thống kê điều tra các hư hỏng mặt đường nhựa bê tông Km 115 - km 118 QL 54, tỉnh Trà Vinh ...........................................................................................................37 2.4 PHÂN TÍCH KHẢO SÁT VÀ ĐO THỰC TẾ TẠI HIỆN TRƯỜNG DO PHÒNG THÍ NGHIỆM KIỂM ĐỊNH XÂY DỰNG LAS-XD 1530 THỰC HIỆN ( KÈM PHỤ LỤC) ...........................................................................................................38 2.5. HÌNH ẢNH ĐO VẼ HIỆN TRƯỜNG: ..................................................................38 2.6. ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG. ......................................................... 39 2.6.1. Nứt: ......................................................................................................................39 2.6.2. Nứt do mỏi: ..........................................................................................................40 2.6.3. Nứt thành lưới: ....................................................................................................40 2.6.4. Mất mát vật liệu bề mặt ....................................................................................... 41 2.6.7. Nhiệt độ mặt đường ............................................................................................ 42 2.6.8. Hư hỏng mặt đường nhựa trong điều kiện nhiệt độ cao ............................... 43 2.7. NHÓM CÁC LOẠI HƯ HỎNG CÁC MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ..........43 2.7.1. Hưng hỏng loại 1: Loại tốt ..................................................................................43 2.7.2. Hư hỏng loại 2 (Loại trung bình): .......................................................................43 2.7.3. Hư hỏng loại 3 (loại xấu): ..................................................................................44 2.7.4. Hư hỏng loại 4 (loại rất xấu): .............................................................................44 2.8. PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHẢ NĂNG HƯ HỎNG CỦA CÁC NHÓM TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ HƯ HỎNG ............................................................. 44 2.8.1. Hư hỏng loại 1: ....................................................................................................44 2.8.2. Hư hỏng loại 1 ( loại trung bình) .........................................................................44 2.8.3. Hư hỏng loại 3: ( Loại xấu) .................................................................................45 2.9. THEO TÍNH CHẤT CƠ LÝ THEO TÌNH TRẠNG CẤP PHỐI. ......................... 47 2.9.1. Theo công nghệ thi công .....................................................................................48 2.9.2. Công nghệ tái sinh nguội: ....................................................................................48 2.9.3. Công nghệ tái sinh nóng: .....................................................................................50 2.9.10. Sửa chữa mặt đường BTN bằng vật liệu Carboncor Asphalt: ........................... 50 2.10. CÔNG NGHỆ BẢO DƯỠNG VÀ TÁI SINH NGUỘI MẶT ĐƯỜNG .............51 2.10.1. Giới thiệu chung: ............................................................................................... 51 2.10.2. Nguyên lý làm việc của TL-2000 .....................................................................51 2.10.3. Thành phần cấu tạo của TL-2000: .....................................................................51 2.10.4. Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng: .............................................................................52 2.10.5. Một số ưu điểm khi áp dụng vật liệu tái sinh nhựa đường ......................... 52 2.11. SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BTN BẰNG VẬT LIỆU CARBONCOR ASPHALT: ....................................................................................................................53 2.12. THEO TÌNH TRẠNG KHAI THÁC TẢI TRỌNG. ...........................................54 2.13. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ CHỌN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA ............................................................................................................................ 54 2.14. SỬA CHỮA CỤC BỘ LÁNG NHỰA TỪNG ĐOẠN MẶT ĐƯỜNG ..............55 2.14.1. Hư hỏng loại 1: ..................................................................................................55 2.14.2. Sửa chữa loại 2: .............................................................................................. 55 2.14.3. Hư hỏng loại 3 loại xấu: ..............................................................................55 2.14.4. Sửa chữa loại 4 loại rất xấu: .........................................................................55 2.15. KẾT LUẬN CHƯƠNG: ....................................................................................... 56 CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM 115 - KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH .................57 3. THỰC TRẠNG KHAI THÁC TUYẾN ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ĐOẠN KM 115 - KM 118 QUỐC LỘ 54, TỈNH TRÀ VINH ........................................................ 57 3.1 Các biện pháp đã áp dụng sửa chữa đường bê tông nhựa đoạn km115 + km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh.............................................................................................. 57 3.2. ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA. .....................................59 3.2.1. Đưa ra phương án tính toán kết cấu áo đường cho cả 4 loại theo TCVN 211-06 .......................................................................................................................................59 3.2.2. Kiểm tra phương án 1: Tính toán loại rất xấu .....................................................59 3.2.3. Tính toán kiểm tra phương án 2. .........................................................................64 3.4. ĐƯA RA 03 PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA ............................................................. 70 3.4.1. Kiến nghị phương pháp sửa chữa phương án 1 ...................................................70 3.4.2. Kiến nghị phương pháp sửa chữa phương án 2 ...................................................72 3.5. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA ....................................................... 76 3.5.1. So sánh: Chỉ tiêu về kinh tế ................................................................................76 3.5.3. So sánh: Chỉ tiêu về môi trường ..........................................................................77 3.6. KẾT LUẬN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ KIẾN NGHỊ ............................. 77 3.6.1. KẾT LUẬN. .......................................................................................................77 3.6.2. KIẾN NGHỊ. ......................................................................................................79 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1c: Nứt mỏi dạng nặng ......................................................................................12 Hình 2.2: Nứt do nhiệt độ thấp ......................................................................................13 Hình 2.3a: Nứt dọc nhẹ Hình 2.3b: Nứt dọc vừa ......................... 13 Hình 2.3c: Nứt dọc nặng ............................................................................................... 14 Hình 2.4a: Nứt ngang dạng nhẹ Hình 2.4b: Nứt ngang dạng vừa .....................14 Hình 2.4c: Nứt ngang dạng nặng ..................................................................................15 Hình 2.5a: Nứt lưới nhẹ Hình 2.5b: Nứt lưới vừa .....................................15 Hình 2.5c: Nứt lưới nặng............................................................................................... 16 Hình 2.6: Nứt phản ánh .................................................................................................17 Hình 2.7a: Nứt trượt dọc Hình 2.7b: Nứt trượt ngang ............................ 17 Hình 2.8b: Lún vệt bánh xe vừa Hình 2.8c: Lún vệt bánh xe nặng .....................19 Hình 2.9a: Bong bật mức nhẹ Hình 2.9b: Bong bật mức vừa ....................... 19 Hình 2.9c: Bong bật mức nặng ......................................................................................20 Hình 2.10c: Ổ gà mức nặng .......................................................................................... 22 Hình 2.11: Chảy nhựa ...................................................................................................22 Hình 1.Đoạn đường LaLibertadNegro Hình 2.Đường ở Scotland ......................24 Hình 3.Cao Tốc Trung Lương-TPHC Hình 4.Đường dẫn Cầu Phú Mỹ .............25 Hình 5. Quốc lộ 54 tỉnh Trà Vinh ..................................................................................25 Hình 3.1. Bong tróc, nứt thành lưới nứt mai rùa chảy nhựa.........................................29 Hình 3.1.2. Bị bong tróc, nứt thành lưới nứt, nứt phản ảnh .........................................29 Hình 3.1.3: Bị bong tróc, nứt thành lưới chảy nhựa ...................................................30 Hình 3.2.1: Bị nứt thành miến ổ gà lộ đá .....................................................................31 Hình3.3.1. Mặt hình: Đường đã được sửa chữa, nay tiếp tục hư hỏng ........................ 32 Hình 3.3.3 Nứt mai rùa ổ gà nặng................................................................................33 Hình 3.3.4.Các ổ gà không được sửa chữa kịp thời dẫn đến đọng nước khi mưa ........33 Hình 3.4.1 : Nứt mai rùa, nứt dọc .................................................................................34 Hình3.4.2 : Nứt dọc .......................................................................................................34 Hình 3.4.3 Nứt lộ đá mài mòn, .....................................................................................34 Hình3.4.5. Vùng nứt mỏi nghiêm trọng đã xuất hiện ổ gà ............................................35 Hình ảnh QL54: Đã thi công nhưng vẫn tiếp tục hư hỏng ............................................58 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Tiêu chí đánh giá độ nhám của mặt đường bằng phương pháp rắc cát .......36 Bảng 3.4. Tính toán Etb của kết cấu hỗn hợp vật liệu giảm chiều dày ......................... 60 Bảng 3.4. Tính toán Etb của kết cấu hỗn hợp vật liệu giảm chiều dày ......................... 65 Bảng: Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb’ ......................................66 Bảng E-5: Tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tính Etb’ ..........................................68 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong những năm qua ngành giao thông vận tải của tỉnh Trà Vinh luôn thể hiện vai trò ngành kinh tế quan trọng, luôn đi trước mở đường cho sự phát triển kinh tế - xã hội ở địa phương. Nhiều tuyến đường huyết mạch quan trọng của Tỉnh đã được đầu tư xây dựng, cải tạo, nâng cấp trong đó có cả hệ thống đường Tỉnh, đường Huyện và thực hiện có hiệu quả chương trình bê tông hóa giao thông nông thôn. Nhờ đó mạng lưới giao thông trên địa bàn Tỉnh ngày càng hoàn thiện, đáp ứng nhu cầu đi lại của người dân. Bảo trì đường bộ là hoạt động thường xuyên để duy trì khả năng khai thác của đường lựa chọn giải pháp bảo trì, sửa chữa mặt đường là một trong những bước thực hiện quan trọng để lập kế hoạch chiến lược bảo dưỡng đường bộ. Việc bảo dưỡng và sửa chữa kịp thời hạn chế sự suy giảm chất lượng của mặt đường trong quá trình khai thác, kéo dài tuổi thọ mặt đường, duy trì hệ thống đường bộ ở tình trạng tốt. Việc nghiên cứu, lựa chọn giải pháp về bảo dưỡng sửa chữa đường bộ và đề xuất áp dụng phù hợp với điều kiện Việt Nam là rất cần thiết nhằm duy trì và nâng cao chất lượng khai thác của hệ thống mặt đường ở Việt Nam. Công tác bảo trì đường bộ nếu được triển khai đúng lúc, với những công nghệ phù hợp sẽ có hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao hơn nhiều so với việc nâng cấp, cải tạo đường nếu làm sau này. Việc bảo trì, sửa chữa kịp thời những hư hỏng của mặt đường trong quá trình khai thác sẽ nâng cao chất lượng phục vụ, tiết kiệm chi phí đầu tư cho cơ quan quản lý đường (khi không sửa chữa kịp thời dẫn đến mặt đường nhanh chóng xuống cấp, phải xây dựng lại tốn nhiều kinh phí) đồng thời tiết kiệm chi phí cho người sử dụng đường (giảm thời gian tham gia giao thông, giảm chi phí do tiêu hao nhiên liệu và chi phí sửa chữa hư hỏng). Để đảm bảo các mục tiêu đó, quá trình khai thác hệ thống giao thông đường bộ cũng phải được quan tâm đúng mức nhằm duy trì khả năng lưu thông thông suốt của hạ tầng giao thông, trong đó công tác bảo trì, sửa chữa phải được ưu tiên quan tâm hàng đầu. 2 Hình 1.1. Bình đồ tuyến Hiện nay trên các tuyến đường trục chính QL 54 sau khi đưa vào sử dụng khai thác một thời gian thì bắt đầu xuất hiện các biến dạng và hư hỏng mặt đường như các vết nứt, vệt hằn bánh xe, lún, lõm cục bộ. Các hư hỏng ngày càng xuất hiện nhiều và trở nên nghiêm trọng ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng khai thác của tuyến đường, lưu thông xe cộ khó khăn, dễ xảy ra tai nạn và nhất là làm giảm hiệu quả kinh tế, làm mất vẽ mỹ quan của thành phố. Trên mỗi con đường lại có mức độ, loại hình hư hỏng khác nhau. Trong khi đó các cơ quan chức năng vẫn chưa có những giải pháp khắc phục cụ thể hoặc có khắc phục nhưng không đem lại hiệu quả cao, sau một thời gian ngắn thì lại xuất hiện hư hỏng, thậm chí còn nghiêm trọng hơn. Việc bảo dưỡng và sửa chữa kịp thời hạn chế sự suy giảm chất lượng của mặt đường trong quá trình khai thác, kéo dài tuổi thọ mặt đường, duy trì hệ thống đường bộ ở tình trạng tốt. Việc nghiên cứu, lựa chọn giải pháp về bảo dưỡng, sửa chữa đường bộ và đề xuất áp dụng phù hợp với điều kiện Việt Nam là rất cần thiết nhằm duy trì và nâng cao chất lượng khai thác của hệ thống mặt đường ở Việt Nam. Đứng trước thực trạng như hiện nay thì việc tìm hiểu các biến dạng, hư hỏng của đường, nguyên nhân gây ra biến dạng, hư hỏng, hậu quả của hư hỏng đó gây ra và tìm ra các phương pháp sửa chữa hợp lý là việc làm hết sức cần 3 thiết và cấp bách. Với những tình trạng như đã nêu trên em xin chọn đề tài: Đánh giá thực trạng hư hỏng và đề xuất phương án sửa chữa mặt đường bê tông nhựa đoạn km 115 - km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh. 2. Mục tiêu nghiên cứu. 2.1. Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu tình trạng hư hỏng chung của mặt đường BTN và biện pháp sửa chữa. 2.2. Mục tiêu cụ thể Nghiên cứu lựa chọn giải pháp để sửa chữa các hư hỏng và đề xuất phương án sửa chữa mặt đường bê tông nhựa đoạn km115 - km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh. Đối tượng nghiên cứu là các hư hỏng điển hình mặt đường bê tông nhựa trong quá trình khai thác tuyến đường bê tông nhựa đoạn km115 - km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh. 2.3. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp điều tra, khảo sát thực tế hiện trạng các tuyến đường bê tông nhựa đoạn km115 - km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh, phân tích để đánh giá các nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa. Kết hợp lý thuyết và thực nghiệm để lựa chọn giải pháp sửa chữa các hư hỏng điển hình mặt đường bê tông nhựa trong quá trình khai thác; Tham khảo các tài liệu trong nước và trên thế giới. Phân tích, so sánh, lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp. 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu đánh giá hiện trạng mặt đường thu thập số liệu đo đạt kết quả thí nghiệm tìm ra nguyên nhân gây ra hư hỏng lựa chọn giải pháp để sửa chữa các hư hỏng và đề xuất phương án sửa chữa mặt đường bê tông nhựa đoạn km115 + km 118 Quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh. Nội dung của đề tài gồm có 3 chương *Chương 1: Tổng quan về tình trạng hư hỏng mặt đường bê tông nhựa và nguyên nhân gây ra hư hỏng: Gồm các nội dung sau đây: 1. Giới thiệu tổng quan về mặt đường bê tông 2. Ưu, nhược điểm 3. Chức năng các loại cốt liệu trong thành phần hổn hợp bê tông nhựa 4 4. Tình trạng hư hỏng của các mặt đường bê tông nhựa trong quá trình khai thác nói chung. 5. Nhận định nguyên nhân hư hỏng các mặt đường bê tông nhựa 6. Hình ảnh tổng quan về hư hỏng mặt đường BTN ở Việt Nam và thế giới 7. Các biện pháp sửa chữa mặt đường bê tông nhựa theo từng nguyên nhân được áp dụng trên thế giới và ở Việt Nam. *Chương 2: Đánh giá hiện trạng và phân tích nguyên nhân gây ra hư hỏng mặt đường bê tông nhựa đoạn km 115 - km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh: Gồm các nội dung như sau: 1. Đánh giá hiện trạng nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa đoạn Km 115 - Km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh 2. Tổng quan hiện trạng hình ảnh và số liệu khảo sát hư hỏng mặt đường bê tông nhựa đoạn Km 115 - Km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh 3. Chỉ tiêu đánh giá mức độ hư hỏng 4. Bản thống kê điều tra các hư hỏng mặt đường nhựa bê tông Km 115 - km 118 QL 54, tỉnh Trà Vinh 5. Kết quả đo thí nghiệm thực tế tại hiện trường 6. Đánh giá nguyên nhân hư hỏng 7. Nhóm các loại hư hỏng các mặt đường bê tông nhựa 8. Theo tính chất cơ lý theo tình trạng cấp phối 9. Phân tích cơ sở lý thuyết khả năng hư hỏng của các nhóm tiêu chí đánh giá mức độ hư hỏng 10. Cơ sở lý thuyết để chọn và đề xuất phương án sửa chữa * Chương 3: Đề xuất biện pháp sửa chữa mặt đường bê tông nhựa đoạn km 115 + km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh. 1. Thực trạng khai thác tuyến đường bê tông nhựa đoạn km115 - km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh. 2. Các biện pháp đã áp dụng sửa chữa đường bê tông nhựa đoạn km115 km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh. 3. Đề xuất lựa chọn phương pháp sửa chữa. 5 4. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: Kết quả nghiên cứu của đề tài bước đầu đưa ra được định hướng trong việc phân loại các dạng hư hỏng của mặt đường bê tông nhựa, hiểu rõ được nguyên nhân và đề ra được các giải pháp khắc phục nhằm giảm thiểu thời gian và chi phí, đồng thời giúp cho các cơ quan Quản lý, TVTK, TVGS và Nhà thầu nắm bắt được thực trạng của mặt đường đang khai thác, từ đó đề ra các giải pháp khắc phục sửa chữa phù hợp cho từng vị trí hợp lý là rất cần thiết hiện nay ở tỉnh Trà Vinh nói chung, đoạn km115 - km 118 quốc lộ 54, tỉnh Trà Vinh nói riêng. 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH TRẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA: (TheoTCVN 8820 : 2011)[1] 1.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN MỘT SỐ LOẠI MẶT ĐƯỜNG NHỰA ĐIỂN HÌNH Hỗn hợp bao gồm các cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng) có tỷ lệ phối trộn xác định, được sấy nóng và trộn đều với nhau, sau đó được trộn với nhựa đường theo tỷ lệ đã thiết kế. Sau đây được gọi tắt là BTN. 1.1.1. Bê tông nhựa cấp phối chặt (Dense-graded HMA ) Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô, hạt trung gian và hạt mịn gần tương đương nhau, tạo điều kiện để khi đầm nén các hạt cốt liệu dễ chặt khít với nhau nhất .Thường được gọi là BTN chặt. BTN chặt có độ rỗng dư nhỏ, thường từ 3-6%. 1.1.2. Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn (Gap-graded HMA ) Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô và lượng hạt mịn lớn, nhưng lượng hạt trung gian rất nhỏ. Đường cong cấp phối cốt liệu của loại BTN này có xu thế gần nằm ngang tại vùng cỡ hạt trung gian. Cấp phối cốt liệu này tạo khả năng để các hạt cốt liệu thô chèn móc tốt với nhau, tuy nhiên có xu thế dễ bị phân tầng trong quá trình rải. BTN cấp phối gián đoạn thường có độ rỗng dư lớn hơn so với BTN chặt. 1.1.3. Bê tông nhựa cấp phối hở (Open-graded HMA) Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu cấp phối có lượng hạt mịn chiếm một tỷ lệ nhỏ trong hỗn hợp. Đường cong cấp phối loại này có xu thế gần thẳng đứng tại vùng hạt cốt liệu trung gian, gần nằm ngang và có giá trị gần bằng không (0) tại vùng hạt cốt liệu mịn. Loại BTN này có độ rỗng dư lớn do không đủ lượng hạt mịn lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt thô. Thường được gọi là BTN rỗng. BTN rỗng có độ rỗng dư lớn nhất so với BTN chặt và BTN cấp phối gián đoạn. Loại BTN rỗng làm lớp móng (base course), thường không sử dụng bột khoáng, có độ rỗng dư từ 7% đến 12%. 7 1.1.4. Bê tông nhựa có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt Loại BTN sử dụng làm lớp phủ mặt đường, có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng văng nước gây ra khi xe chạy với tốc độ cao, tăng khả năng kháng trượt mặt đường và giảm đáng kể tiếng ồn khi xe chạy . Thường sử dụng loại BTN rỗng, có độ rỗng dư 15-22% (Open graded friction course - OGFC hoặc Porous friction course - PFC) hoặc BTN cấp phối gián đoạn, có độ rỗng dư 10 - 15% (Very thin friction course-VTO). Cần sử dụng nhựa đường cải thiện để chế tạo loại BTN này. 1.1.5. Hỗn hợp đá - vữa nhựa (Stone matrix asphalt hoặc Stone mastic asphalt -SMA) ( TheoTCVN 8820 : 2011) Là loại BTN sử dụng cấp phối gián đoạn. Hỗn hợp BTN này bao gồm nhựa đường, cốt liệu và cốt sợi (fiber). SMA thường sử dụng lượng bột khoáng và nhựa đường nhiều hơn so với BTN cấp phối chặt. Độ rỗng dư của SMA có phạm vi rộng, từ 2 - 8%, tùy thuộc vào việc sử dụng SMA làm lớp mặt hoặc lớp móng. 1.1.6. Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu (Maximum size of aggregate) Cỡ sàng nhỏ nhất mà lượng lọt qua cỡ sàng đó là 100%. Trong tiêu chuẩn này sử dụng bộ sàng mắt vuông để thí nghiệm thành phần hạt cốt liệu. 1.1.7. Cỡ hạt lớn nhất danh định của cốt liệu (Nominal maximum size of aggregate) Cỡ sàng lớn nhất mà lượng sót riêng biệt trên cỡ sàng đó không lớn hơn 10%. (TheoTCVN 8820 : 2011) 1.2. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM (TCVN 8820 : 2011) 1.2.1.Ưu điểm Kết cấu chặt, kín. Có khả năng chịu nén, cắt, uốn và tác dụng của tải trọng ngang. Chịu tải trọng động tốt, ít hao mòn, ít sinh bụi. Mặt đường bằng phẳng, có độ cứng vừa phải nên xe chạy tốc độ cao rất êm thuận, ít gây tiếng ồn. Công nghệ thi công quen thuộc, có thể thi công cơ giới hóa hoàn toàn. 8 1.2.2. Nhược điểm Cường độ giảm khi chịu tác dụng của nhiệt độ cao và tác dụng lâu dài của nước mặt. Độ nhám giảm nhiều khi mặt đường bị ẩm ướt. Mặt đường bị hóa già theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng trùng phục, thời tiết, công tác duy tu sửa chữa khó khăn, khó trả lại hiện trạng ban đầu về màu sắc, độ bằng phẳng. 1.3. PHÂN LOẠI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA THEO CÔNG NGHỆ THI CÔNG: (TCVN 8819 : 20119) 1.3.1. Bê tông nhựa không lu lèn Bê tông nhựa không lu lèn, dày (1÷4)cm Dùng nhựa đặc 10/70 hàm lượng cao (9÷12)%. Hàm lượng bột khoáng cao (20÷35)%. Nhiệt độ trộn 230oC, nhiệt độ rải (210÷230) oC, không cần lu lèn. 1.3.2. Bê tông nhựa lu lèn 1.3.3. Bê tông nhựa rải nóng Dùng nhựa đặc 40/60, 60/70, 70/100, 100/150, hàm lượng nhựa từ (4÷6)%. Nhiệt độ trộn 140÷170 oC, nhiệt độ rải >120oC. Bê tông nhựa sau khi rải và lu xong nhiệt độ giảm bằng nhiệt độ - không khí thì cường độ hình thành gần 100%. 1.3.4. Bê tông nhựa rải nguội Dùng nhựa lỏng đông đặc chậm. Nhiệt độ trộn và lu lèn bằng nhiệt độ không khí. Thời gian hình thành cường độ lâu, khoảng 20÷40 ngày. Hiện nay, loại bê tông nhựa rải nóng được sử dụng phổ biến nhất ở Việt Nam do có thời gian hình thành cường độ nhanh, cường độ, độ ổn định nước và nhiệt cao nhất. 1.3.5. Sự tương tác giữa các vật liệu Có thể bao gồm 3 quá trình sau đây: Một bề mặt vật liệu khoáng hấp thụ lớp bitum: Khi vật liệu khoáng tiếp xúc với nhựa sẽ xảy ra quá trình hấp thụ bitum trên bề mặt cốt liệu. Trong BTN, 9 do bột khoáng có tỉ diện rất lớn nên quá trình trên xảy ra mạnh mẽ nhất khi nhựa tiếp xúc với bột khoáng. Khi cốt liệu là các loại đá cácbônát và đá bazơ tiếp xúc với bitum sẽ xảy ra sự hấp thụ hóa học: có sự trao đổi i-on trên bề mặt cốt liệu với nhựa, lực dính giữa bitum và bề mặt cốt liệu khoáng rất lớn, do đó làm cho màng bitum ở trên bề mặt cốt liệu khoáng bền vững, ổn định nhiệt, ổn định nước. Khi cốt liệu khoáng là các loại đá axit tiếp xúc với bitum sẽ xảy ra sự hấp thụ lý học các phân tử bitum liên kết với bề mặt cốt liệu khoáng bằng lực hút phân tử (Van-đéc-van). Liên kết lý học này không làm tăng cường độ, tính chịu nước, tính bền nhiệt cho bitum và rất dễ bị phá hoại khi có sự xâm thực của nước. Hai bitum khuếch tán có chọn lọc vào trong vật liệu khoáng: Khi vật liệu khoáng tiếp xúc với bitum sẽ xảy ra hiện tượng bitum khuếch tán vào trong lỗ rỗng của cốt liệu: Nhóm chất dầu có thể theo các mao quản thấm sâu vào trong hạt khoáng. Nhóm chất nhựa được hấp thụ trong các lỗ rỗng nhỏ. Nhóm axit asphalt và nhóm asphalt được hấp phụ trên bề mặt cốt liệu khoáng. Như vậy, khi dùng vật liệu khoáng rỗng thì bề mặt hạt khoáng có nồng độ chất asphalt tăng lên, độ quánh của lớp bitum trên bề mặt hạt khoáng cũng tăng lên - làm cho sự liên kết giữa các hạt khoáng tăng theo, do đó tính đàn hồi dẻo giảm xuống, cường độ bêtông nhựa tăng đáng kể. Ba sự thay đổi tính chất của vật liệu khoáng do sự tương tác của nó với bitum: Quá trình tương tác giữa bitum và vật liệu khoáng không những làm cho màng bitum hấp thụ thay đổi tính chất mà còn làm cho vật liệu khoáng cũng có những thay đổi đáng kể. Do sự khuếch tán của bitum (BT) hay các thành phần của nó vào các mao quản của vật liệu khoáng làm cho bề mặt hạt khoáng kín nước hơn, thành của các lỗ rỗng và mao quản nhờ có quá trình hấp thụ mà trở nên cách nước, tạo điều kiện để nâng cao tính ổn định nước của vật liệu khoáng. Do vậy: Nếu tỉ lệ BT/ BK quá nhỏ (ít nhựa), bitum không đủ để tạo màng bao bọc các hạt khoáng chất, các hạt khoáng sẽ tiếp xúc trực tiếp với nhau không thông 10 qua màng nhựa, lực dính BTN vì thế giảm đi, cường độ BTN sẽ giảm nhanh khi chịu tác dụng của nước. Cấu trúc BTN trở thành cấu trúc tiếp xúc. Tỉ lệ BT/BK hợp lí, nhựa vừa đủ bao bọc các hạt khoáng tạo thành màng nhựa có cấu trúc, nhựa tự do hầu như không có. Lúc đó các hạt khoáng tiếp xúc với nhau thông qua màng nhựa có cấu trúc nên BTN có cường độ cao nhất, ổn định nước và ổn định nhiệt. Nếu tỉ lệ BT/BK quá lớn (thừa nhựa), nhựa trong BTN ở dạng tự do nhiều, các hạt khoáng tiếp xúc với nhau thông qua màng nhựa tự do cường độ thấp, BTN giảm cường độ, tính ổn định nhiệt rất kém. 1.4. CHỨC NĂNG CÁC LOẠI CỐT LIỆU TRONG THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA: 1.4. 1. Cấu trúc của BTN Về mặt vật liệu: Các thành phần trong hỗn hợp BTN phối hợp, tương tác với nhau tạo thành cấu trúc của BTN. BTN là một hệ thống gồm 3 cấu trúc: Cấu trúc tế vi: Là sự kết hợp giữa bột khoáng và nhựa tạo thành liên kết asphalt. Cấu trúc trung gian: Là sự kết hợp chất liên kết asphalt với cát tạo thành vữa asphalt. Cấu trúc vĩ mô: Là sự kết hợp giữa vữa asphalt với các loại đá dăm tạo thành bê tông nhựa. 1.4.2. Về mặt chịu lực Cấu trúc bê tông nhựa có dạng động; Ở nhiệt độ dương: BTN có cấu trúc đông tụ; Ở nhiệt độ âm: BTN có cấu trúc ngưng tụ (giòn, dễ gãy vỡ). 1.5. TÌNH TRẠNG HƯ HỎNG CỦA CÁC MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC NÓI CHUNG: 1.5.1. Phân loại nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa thường gặp (Theo TCCS07: 2013/TCĐBVN) Theo hướng phát triển của đường nứt, các vết nứt xuất hiện trên mặt đường thường bao gồm 4 loại sau: Nứt mỏi; nứt do nhiệt độ thấp; nứt dọc; nứt ngang; nứt lưới lớn dạng khối; nứt phản ảnh; nứt trượt; Lún vệt bánh xe; bong bật; vết vá mặt đường/ ổ gà; Chảy nhựa (theo quyết định số: 1682/QĐTCĐBVN, ngày 07 tháng 10 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục đường bộ 11 Việt Nam về việc quyết định công bố tiêu chuẩn cơ sở TCCC07:2013/TCĐBVN phân ra các dạng nứt như sau: 1.5.2. Nứt mỏi: (Fatigue Cacking, Alligator cracking) (hình 2.1) Khái niệm: Nứt mỏi là hiện tượng mặt đường bị nứt do sự suy giảm cường độ của vật liệu phối hợp với biến dạng lặp lại đối với bê tông nhựa do tải trọng xe. a/Nguyên nhân: Hiện tượng nứt mỏi này xảy ra thông thường là do phối hợp một số các nguyên nhân sau: Tải trọng nặng trùng phục nhiều trên mặt đường Mặt đường có bề dày nhỏ hoặc các lớp phía dưới yếu làm xuất hiện độ võng lớn trên mặt đường do tải trọng tác dụng. Độ võng mặt đường lớn làm tăng các ứng suất kéo ở phía đáy của lớp bê tông nhựa, dẫn tới hình thành vết nứt. Chất lượng xây dựng kém hoặc thiết kế thiếu, ngoài ra khả năng thoát nước mặt đường kém làm giảm cường độ các lớp nền, móng bằng vật liệu không gia cố cũng góp phần làm tăng khả năng xuất hiện các vết nứt hoặc chất lượng chất dính bám kém làm tăng giá trị ứng suất kéo dưới đáy lớp vật liệu bê tông nhựa. Trong trường hợp thông thường (khi mặt đường được thiết kế và thi công đúng), hiện tượng nứt mỏi là một dấu hiệu báo mặt đường đã chịu tới số lượng tải trọng trục thiết kế tính toán. Mặt đường khi đó cần được nâng cấp, cải tạo cho phù hợp. Nếu hiện tượng nứt mỏi xảy ra ở cuối thời kỳ thiết kế thì đó chỉ là một hiện tượng phát triển một cách tự nhiên theo như được dự đoán trong thiết kế. Nếu quan sát thấy các vết nứt xuất hiện sớm hơn so với thời kỳ thiết kế cũng có thể đó là dấu hiệu tải trọng giao thông được đánh giá không đúng mức trong khi thiết kế. Hình 2.1a. Nứt mỏi dạng nhẹ Hình 2.1b. Nứt mỏi dạng vừa 12 Hình 2.1c. Nứt mỏi dạng nặng b/Phân loại mức độ nghiêm trọng: Dấu hiệu sớm của hiện tượng nứt mỏi là sự xuất hiện các vết nứt dài không liên tục theo vệt bánh xe (dạng nhẹ). Các vết nứt sau đó được phát triển dần lên do ở một số điểm các vết nứt nối lại với nhau, hình thành các vùng nứt lớn (dạng vừa). Các vết nứt phát triển cho đến khi trở thành nứt kiểu da cá sấu (dạng nặng). Mặt đường sẽ tiếp tục bị hư hỏng nặng hơn nữa khi xuất hiện các ổ gà do xe cộ đi qua làm bong bật lớp mặt bê tông nhựa và làm cho nước mặt có khả năng thấm xuống làm giảm cường độ các lớp phía dưới. Với mỗi cấp mức độ nghiêm trọng, bằng trực quan ước tính độ dài và diện tích vùng bị nứt mỏi. Nếu trong một khu vực tồn tại nhiều cấp mức độ nghiêm trọng khác nhau mà không thể dễ dàng phân biệt được thì sử dụng cấp độ cao nhất của mức độ nghiêm trọng trong khu vực đó để đánh giá. 1.5.3. Nứt do nhiệt độ thấp (Low temperature thermal cracking) (hình 2.2) a/ Khái niệm: Nứt ở nhiệt độ thấp thường là nứt ngang, được tạo thành khi ứng suất kéo tạo ra do trương nở của hỗn hợp lớn hơn cường độ chịu kéo của vật liệu. b/ Nguyên nhân: Nứt do ứng suất nhiệt xuất hiện trên mặt đường bê tông nhựa thường là các vết nứt ngang cách đều nhau. Vết nứt thường xuất hiện khi nhiệt độ bề mặt đường xuống thấp đủ để tạo ra một ứng suất kéo do nhiệt lớn hơn cường độ chịu kéo uốn của vật liệu bê tông nhựa (có xét đến mỏi); Các vết nứt do nhiệt độ thấp được tạo thành khi các lớp mặt đường bị co lại trong thời tiết lạnh giá. Khi hiện tượng co ngót mặt đường xuất hiện đồng thời cũng sinh ra các ứng suất kéo ở trong lớp bê tông nhựa. Tại một vài điểm