CÁC SAI SÓT TIỀM ẨN VÀ VIỆC ĐIỀU CHỈNH CÓ THỂ ĐỐI VỚI TRÌNH TỰ THIẾT KẾ CHIỀU DÀY

Sử dụng các trình tự này để tính toán những chiều dày lớp phủ hợp lý khi mặt đường có sự thiếu hụt về kết cấu. Nếu chiều dày lớp phủ tỏ ra không hợp lý thì có thể do những nguyên nhân sau:

(1) Sự hư hỏng mặt đường có thể chủ yếu do các yếu tố không liên quan đến tải trọng. Nếu giá trị chiều dày lớp phủ tính toán nhỏ hơn hoặc gần với 0 thì mặt đường không cần thiết phải cải tạo kết cấu. Nếu có thiếu hụt về mặt chức năng thì chiều dày lớp phủ nhỏ nhất có thể được rải.

(2) Có thể cần có sự sửa đổi các số liệu đưa vào thiết kế lớp phủ để làm cho quy trình phù hợp với các điều kiện cụ thể.

(a) Độ tin cậy thiết kế lớp phủ, R. Độ tin cậy thiết kế đã đề xuất cần được xem xét lại đối với thiết kế lớp phủ, bởi vì các khuyến nghị đưa ra trong Chương 9 là dùng cho thiết kế mặt đường mới.

(b) Độ lệch tiêu chuẩn toàn bộ, S_o. Các giá trị đề nghị cho thiết kế mặt đường mới có thể quá thấp hoặc quá cao cho việc thiết kế lớp phủ.

(c) Các hệ số điều chỉnh chỉ số kết cấu. Có rất nhiều khía cạnh của các yếu tố này cần điều chỉnh.

(d) Mô đun đàn hồi thiết kế của nền đường. Đặc biệt, phải sử dụng một mô dun đàn hồi thích hợp với mô đun đã được đưa vào phương trình thiết kế mặt đường mềm trong Chương 9.

(e) Các đầu vào thiết kế khác có thể có sai sót. Phạm vi của các giá trị tiêu biểu cho các đầu vào được đưa ra trong phiếu điều tra cho việc thiết kế lớp phủ.

11.4. ĐÁNH GIÁ MẶT ĐƯỜNG CHO THIẾT KẾ LỚP PHỦ

Việc đánh giá mặt đường hiện tại là rất quan trọng để xác định bất kỳ một thiếu hụt nào về mặt chức năng hoặc về mặt kết cấu và để lựa chọn việc sửa chữa thích hợp trước khi rải lớp phủ, việc xử lý vết nứt phản ánh và thiết kế lớp phủ để điều chỉnh các thiếu hụt này. Phần này hướng dẫn việc đánh giá mặt đường để thiết kế lớp phủ.

11.4.1. THIẾT KẾ CÁC LỚP PHỦ DỌC THEO DỰ ÁN

Các dự án cải tạo mặt đường bao gồm chiều dài của mặt đường với phạm vi từ một vài trăm mét đến vài kilomét. Có hai cách tiếp cận để thiết kế một chiều dày lớp phủ đối với một dự án, cả hai cách này đều có các ưu và khuyết điểm. Kỹ sư thiết kế nên lựa chọn cách tiếp cận nào thích hợp nhất với tình huống thiết kế cụ thể.

(1) Cách thiết kế theo đoạn đồng nhất. Dự án được chia thành các đoạn tương đối đồng nhất về thiết kế và điều kiện. Mỗi đoạn đồng nhất được xem xét một cách độc lập và đầu vào thiết kế lớp phủ tính được từ mỗi đoạn tiêu biểu cho điều kiện trung bình của nó (chiều dày trung bình, con số trung bình các khe nứt ngang trên một dặm, mô đun đàn hồi trung bình). Việc xác định các đoạn đóng đều được mô tả trong Phụ lục A. Các trị số đầu vào trung bình đối với đoạn được sử dụng để tính ra một chiều dày lớp phủ duy nhất cho toàn bộ chiều dài của đoạn đó. Các trị số đầu vào trung bình phải được sử dụng theo quy trình thiết kế của AASHTO bởi vì đã có độ tin cậy thiết kế được áp dụng sau này để đưa ra một hệ số an toàn phù hợp.

(2) Cách thiết kế từng điểm. Chiều dày lớp phủ được xác định cho từng điểm cụ thể dọc theo đoạn thiết kế đồng nhất (100 mét một). Tất cả các trị số đầu vào yêu cầu được xác định cho mỗi một điểm, để có thể thiết kế chiều dày lớp phủ. Các yếu tố có thể thay đổi từ điểm này tới điểm kia là độ võng, chiều dày và tình trạng đường: các đầu vào khác thường là hằng số dọc theo dự án. Cách tiếp cận này xem ra có thể yêu cầu nhiều công việc hơn; tuy nhiên, trong thực tế nó không đòi hỏi thêm nhiều công việc hiện trường, chỉ vận hành nhiều hơn thông qua quy trình thiết kế. Việc này có thể giải quyết có hiệu quả bằng việc sử dụng máy tính.

Cách tiếp cận từng điểm sẽ tính được một chiều dày thiết kế lớp phủ yêu cầu đối với mỗi điểm phân tích dọc theo toàn bộ dự án với độ tin cậy đã cho. Trong việc lựa chọn một chiều dày cho đoạn đồng nhất, nên chú ý rằng mỗi chiều dày lớp phủ đã được tăng lên để tính toán cho độ tin cậy thiết kế. Việc lựa chọn một chiều dày lớn hơn các giá trị trung bình này sẽ dùng để thiết kế cho độ tin cậy cao hơn. Chiều dày lớp phủ ở từng thời điểm có thể được sử dụng để chia dự án thành các đoạn có chiều dày thiết kế lớp phủ khác nhau nếu có các thay đổi hệ thống dọc theo dự án, hoặc một chiều dầy thiết kế có thể được lựa chọn cho toàn bộ dự án. Các khu vực có các yêu cầu về chiều dày cao một cách bất thường cần được khảo sát hiện trường phụ thêm và phải được sửa chữa nhiều hoặc phải xây dựng lại.

11.4.2. ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG CỦA MẶT ĐƯỜNG HIỆN TẠI

Hư hỏng chức năng được xác định như bất kỳ một điều kiện nào gây ảnh hưởng bất lợi đến người sử dụng đường. Một số giải pháp lớp phủ được kiến nghị đối với các vấn đề về chức năng được đưa ra (xem thêm bảng ở trang sau).

Ma sát kém khi thời tiết xấu ẩm ướt do sự mài mòn bề mặt (độ nhám vi mô hoặc vĩ mô không phù hợp). Một lớp phủ mỏng phù hợp với cấp độ giao thông có thể được sử dụng để sửa chữa vấn đề này.

Ma sát kém do sự chảy nhựa của bề mặt. Việc cào bóc bề mặt AC có thể yêu cầu để gỡ bỏ vật liệu đang chảy nhựa để ngăn ngừa sự chảy nhựa tiếp theo lan ra toàn bộ lớp phủ và để ngăn ngừa vệt hằn bánh xe do không ổn định. Sau khi cào bóc một lớp ma sát cấp phối hở hoặc chiều dày lớp phủ thích hợp đối với cấp độ giao thông có thể được sử dụng để sửa chữa vấn đề này.

Trượt do màng nước và té nước do vệt hằn bánh xe. Việc xác định lớp nào bị hằn bánh xe và có biện pháp sửa chữa phù hợp là rất quan trọng.

Sự méo bề mặt với chiều dài lượn sóng, gồm cả trương nở. Một lớp phủ bù vênh với chiều dày thay đổi (chiều dày đủ trên các đỉnh) thông thường có thể sửa chữa được các vấn đề này.

Độ gồ ghề do các khe nứt ngang, khe nứt dọc và ổ gà bị hư hỏng. Một lớp phủ thường sẽ chỉ sửa chữa được độ gồ ghề một cách tạm thời, tới khi các khe nứt phản ánh qua lớp phủ. Sửa chữa toàn chiều sâu các khu vực hư hỏng và một lớp phủ AC dày hơn kết hợp với xử lý kiểm soát khe nứt phản ánh có thể sửa chữa vấn đề này.

Độ gồ ghề do sự bong bật bề mặt. Một lớp phủ AC mỏng dùng để sửa chữa vấn đề này. Việc cào bóc bề mặt hiện tại có thể cần thiết nhằm đào bỏ lớp vật liệu bị hư hỏng để ngăn ngừa bong bật. Nếu việc bong rã nhẹ là do mất nhựa thì toàn bộ lớp đó nên đào bỏ đi bởi vì việc mất nhựa sẽ tiếp tục lan tới lớp phủ ở bên dưới.

Các thiết kế lớp phủ (gồm chiều dày, sửa chữa trước khi rải lớp phủ và xử lý vết nứt phản ánh) phải đề cập đến các nguyên nhân của các vấn đề về chức năng và ngăn ngừa sự trở lại của chúng. Điều này có thể chỉ được làm thông qua kỹ thuật hợp lý và yêu cầu có kinh nghiệm về giải quyết các vấn đề cụ thể. Việc thiết kế lớp phủ yêu cầu để sửa chữa các vấn đề chức năng nên được phối hợp với thiết kế lớp phủ cần để sửa chữa bất kỳ thiếu hụt nào trong kết cấu.

11.4.3. ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU CỦA MẶT ĐƯỜNG HIỆN TẠI

Hư hỏng về mặt kết cấu được xác định là bất kỳ điều kiện nào làm giảm khả năng chịu tải của mặt đường. Quy trình thiết kế lớp phủ được trình bày ở đây dựa trên các khái niệm là thời gian và tải trọng xe làm giảm khả năng chịu tải của mặt đường và một lớp phủ có thể được thiết kế để làm tăng khả năng chịu tải trong một thời kỳ thiết kế tương lai.

Hình 11.1 minh họa các khái niệm chung của sự thiếu hụt về kết cấu và năng lực kết cấu hữu hiệu. Năng lực kết cấu của mặt đường khi kết cấu còn mới được kí hiệu là SC_o. Đối với mặt đường mềm, năng lực kết cấu là chỉ số kết cấu, SN.

Năng lực kết cấu của mặt đường giảm xuống theo thời gian và lưu lượng xe, và vào lúc tiến hành đánh giá thiết kế lớp phủ, thì năng lực kết cấu đã bị giảm đi tới SC_eff. Năng lực kết cấu hiệu quả đối với mặt đường mềm ký hiệu là SN_eff­.

Nếu năng lực kết cấu SC₁ được yêu cầu đối với lưu lượng xe tương lai dự kiến trong suốt thời gian thiết kế lớp phủ, thì một lớp phủ có năng lực kết cấu SC₀₁ (nghĩa là SC_r – SC_eff) phải được bổ sung cho kết cấu hiện tại. Phương pháp thiết kế lớp phủ này được gọi một cách phổ biến là phương pháp thiếu hụt về mặt kết cấu. Tất nhiên, năng lực kết cấu lớp phủ yêu cầu chỉ có thể là đúng nếu việc đánh giá năng lực kết cấu hiện tại là đúng. Mục tiêu chính của việc đánh giá kết cấu là để xác định năng lực kết cấu hữu hiệu của mặt đường hiện tại.

Nếu mối quan hệ đi xuống như mô tả ở Hình 11.1 được xác định một cách rõ ràng, việc đánh giá năng lực kết cấu hữu hiệu là rất dễ dàng tuy nhiên không hẳn như vậy. Không có một phương pháp duy nhất cụ thể nào để đánh giá năng lực kết cấu. Việc đánh giá năng lực kết cấu hữu hiệu phải xem xét điều kiện của vật liệu mặt đường hiện có và cũng xem xét những vật liệu này sẽ làm việc như thế nào trong tương lai. Kiến nghị ba phương pháp đánh giá để xác định năng lực kết cấu hữu hiệu.

Do sự không chắc chắn trong việc xác định năng lực kết cấu hữu hiệu nên không thể trông đợi rằng ba phương pháp này cùng đưa ra các dự báo tương đương. Người thiết kế nên sử dụng cả ba phương pháp này khi có thể và lựa chọn điều dự báo tốt nhất dựa vào sự đánh giá của mình. Ở đây không có gì thay thế cho kinh nghiệm già dặn và sự đánh giá của người thiết kế trong việc lựa chọn.

11.4.4. NĂNG LỰC KẾT CẤU DỰA VÀO KHẢO SÁT BẰNG MẮT VÀ THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU

Khảo sát bằng mắt Một thành phần chủ chốt trong việc xác định năng lực kết cấu hữu hiệu là sự quan sát các tình trạng mặt đường hiện tại. Sự quan sát nên bắt đầu bằng việc xem xét tất cả các thông tin sẵn có về thiết kế, thi công và lịch sử bảo dưỡng mặt đường. Tiếp theo là khảo sát chi tiết để xác định loại, khối lượng, sự nghiêm trọng và vị trí của các hư hỏng bề mặt.

Dưới đây sẽ liệt kê một số kiểu hư hỏng biểu thị các thiếu hụt về mặt kết cấu. Một vài kiểu hư hỏng này lúc đầu không phải do tải trọng gây ra, nhưng mức độ nghiêm trọng của chúng gia tăng bởi tải trọng, và do đó khả năng chịu tải bị giảm xuống.

● Vết nứt mỏi hoặc nứt thành lưới trong các vệt bánh xe. Việc vá và lớp phủ kết cấu được yêu cầu để ngăn ngừa hư hỏng này lại diễn ra.

● Vết lún trong các vệt bánh xe.

● Các khe nứt ngang hoặc nứt dọc phát triển thành ổ gà.

● Các khu vực hư hỏng cục bộ ở những nơi mà các lớp nằm dưới không liên kết với nhau và gây ra sự gãy vụn bề mặt AC (sự mất nhựa của lớp móng AC). Đây là một vấn đề rất khó sửa chữa và nên điều tra để xác định mức độ của nó. Nếu nó không phát triển, nên sửa chữa sâu hết cả chiều hư hỏng và làm một lớp phủ kết cấu. Nếu việc sửa chữa toàn bộ chiều sâu là quá lớn thì nên xây dựng lại hoặc thiết kế một lớp phủ kết cấu cho khu vực yếu nhất.

11.4.5. NĂNG LỰC KẾT CẤU DỰA VÀO THÍ NGHIỆM ĐỘ VÕNG KHÔNG PHÁ HỦY KẾT CẤU

Thí nghiệm độ võng không phá hủy kết cấu (NDT) là một công nghệ hết sức giá trị và phát triển nhanh chóng. Khi được áp dụng một cách thích hợp, NDT có thể cung cấp một khối lượng lớn các thông tin và sự phân tích với một chi phí rất hợp lý về thời gian, tiền bạc và công sức. Tuy nhiên, việc phân tích có thể rất nhạy cảm đối với các điều kiện chưa biết và phải thực hiện bởi những người có kinh nghiệm và hiểu biết.

Trong phạm vi của các quy trình thiết kế lớp phủ này, sự đánh giá về mặt kết cấu bằng NDT sẽ không giống nhau mà tùy thuộc vào kiểu mặt đường. Đối với việc đánh giá mặt đường mềm, NDT đảm nhiệm hai chức năng: (1) để dự tính mô đun đàn hồi đất nền, và (2) cung cấp dự báo trực tiếp SN_eff của kết cấu mặt đường.

Ngoài việc đánh giá kết cấu, NDT có thể cung cấp các số liệu có ích khác cho quá trình thiết kế. Số liệu độ võng có thể được sử dụng để định lượng hóa những thay đổi dọc theo dự án và để chia nhỏ dự án thành các đoạn có cường độ kết cấu giống nhau. Số liệu NDT cũng có thể được sử dụng vào giản đồ tính ngược lại để dự tính giá trị mô đun đàn hồi đối với các lớp mặt đường khác nhau. Mặc dù quy trình này không bao gồm việc sử dụng các giá trị này như một phần của việc xác định tình trạng kết cấu, việc tính toán ngược lại cho giá trị thấp bất thường đối với bất kỳ lớp nào nên được xem như một chỉ số thuyết phục cho thấy việc nghiên cứu chi tiết tình trạng của lớp đó là cần thiết.

Các phương pháp riêng để đánh giá năng lực kết cấu hữu hiệu bằng việc phân tích NDT được thảo luận trong các phần có liên quan đến các kiểu lớp phủ cụ thể.

11.4.6. NĂNG LỰC KẾT CẤU DỰA VÀO TUỔI THỌ CÒN LẠI

Cách tiếp cận tuổi thọ còn lại đối với việc đánh giá kết cấu dựa trực tiếp vào các khái niệm được minh họa trong Hình 11.1. Điều này tuân theo khái niệm phá hoại mỏi do mặt đường bị phá hoại dần dần bởi tải trọng trùng phục và làm giảm số tải trọng phụ thêm mà mặt đường có thể chịu tới khi hư hỏng. Tại bất cứ một thời điểm nào cho trước các biểu hiện phá hoại có thể không trực tiếp quan sát được, nhưng có sự giảm sút năng lực kết cấu dưới dạng khả năng chịu tải ở tương lai (số lượng tải trọng tương lai mà mặt đường có thể chịu).

Để xác định tuổi thọ còn lại, người thiết kế phải xác định lượng xe thực tế trên mặt đường đã chịu tới thời điểm đang xét và tổng số lượng xe trên mặt đường có thể chịu được cho đến khi “hư hỏng” (khi độ phục vụ tương đương 1.5, phù hợp với các phương trình Thí nghiệm Đường bộ AASHO). Cả hai lượng xe phải được biểu diễn bằng 80kN ESAL. Hiệu số của hai giá trị này, được biểu thị bằng số phần trăm của tổng lượng xe mà mặt đường chịu được cho đến khi “hư hỏng” và được gọi là tuổi thọ còn lại:

Trong đó:

RL – tuổi thọ còn lại (%);

N_p – tổng lưu lượng xe đến thời điểm đang xét 80kN ESAL;

N_1.5 – tổng lưu lượng xe đến khi “hư hỏng” mặt đường (P₂ = 1.5), 80kN ESAL.

Với RL được xác định, người thiết kế có thể tìm được một yếu tố điều kiện (CF) từ Hình 11.2. CF xác định bằng phương trình:

Trong đó:

SC­_n – năng lực kết cấu mặt đường sau N_p ESAL;

SC₀ – năng lực kết cấu mặt đường ban đầu.

Năng lực kết cấu hiện tại có thể được dự tính bằng cách nhân năng lực kết cấu ban đầu của mặt đường với CF. Ví dụ, chỉ số kết cấu ban đầu (SN₀) của một mặt đường mềm có thể được tính toán từ chiều dày vật liệu và các hệ số kết cấu đối với các vật liệu này trong mặt đường mới. SN_eff của mặt đường dựa vào việc phân tích tuổi thọ còn lại sẽ là:

Năng lực kết cấu được xác định bằng mối quan hệ này là không tính đến bất kỳ việc sửa chữa nào trước khi làm lớp phủ. Năng lực kết cấu tính toán được nên xem là một giá trị giới hạn thấp và có thể yêu cầu điều chỉnh để phản ánh các lợi ích của việc sửa chữa trước khi làm lớp phủ.

Để xác định tuổi thọ còn lại, N_1.5 có thể được dự tính một cách xấp xỉ bằng việc sử dụng phương trình thiết kế mặt đường mới hoặc các toán đồ, hoặc các phương trình khác dựa trên thông tin địa phương. Để phù hợp với thử nghiệm Đường bộ AASHO và việc triển khai các phương trình này, nên dùng giá trị PSI khi đường hư hỏng bằng 1.5 và độ tin cậy là 50%.

Khi sử dụng phương pháp này, người thiết kế không phải lo lắng nếu lượng xe hiện tại (N_p) vượt quá lượng xe gây hư hỏng (N_1.5) kết quả làm cho tuổi thọ còn lại tính ra là âm. Khi điều này xảy ra, người thiết kế có thể dùng giá trị nhỏ nhất của CF (0.50), hoặc không sử dụng phương pháp tuổi thọ còn lại.

Cách tiếp cận tuổi thọ còn lại xác định SN_eff có một vài thiếu sót nghiêm trọng. Có 4 nguyên nhân sai sót chính, do:

(1) Khả năng dự báo của các phương trình Thí nghiệm Đường bộ AASHTO,

(2) Sự khác nhau lớn về khả năng làm việc thường thấy thậm chí trong số các loại mặt đường với các thiết kế gần như giống nhau hoàn toàn.

(3) Dự báo 80kN ESALs của quá khứ, và

(4) Sự không có khả năng xét đến khối lượng công việc sửa chữa trước khi làm lớp phủ đối với mặt đường. Đối với mặt đường xuống cấp đáng kể, giá trị SN_eff tính được bằng phương pháp tuổi thọ còn lại có thể thấp hơn nhiều hơn so với giá trị tính được từ các phương pháp khác luận chứng cho việc sửa chữa trước khi làm lớp phủ. Như vậy, quy trình tuổi thọ còn lại là có thể áp dụng tốt nhất cho mặt đường có rất ít hư hỏng nhìn thấy được.

Do vậy, phương pháp xác định tuổi thọ còn lại của mặt đường này, trong một vài trường hợp có thể dẫn đến các kết quả không đúng. Hai sai lầm đặc biệt sau đây có thể xảy ra với phương pháp này:

(1) Dự báo tuổi thọ còn lại có thể là đặc biệt thấp thậm chí có rất ít những hư hỏng liên quan tới tải trọng. Trong khi xuất hiện một vài hư hỏng có thể tồn tại trong kết cấu mặt đường trước khi số lượng khá lớn của vết nứt xuất hiện, thì khối lượng hư hỏng không thể lớn, hoặc nó sẽ là chứng cứ chắc chắn là khối lượng tương đối lớn của các vết nứt. Nếu vết nứt có quan hệ với tải trọng thể hiện với số lượng rất nhỏ và ở mức độ hư hỏng nhẹ, mặt đường phải có tuổi thọ còn lại khá lớn, bất kể tính toán đưa ra dự kiến tuổi thọ còn lại dựa vào lượng xe là bao nhiêu.

(2) Dự báo tuổi thọ còn lại có thể là rất cao thậm chí có khối lượng lớn các vết nứt và nặng liên quan đến tải trọng. Trong trường hợp này, mặt đường thực sự có tuổi thọ còn lại thấp.

Tại bất kỳ điểm nào ở giữa hai thái cực này, tuổi thọ còn lại được tính toán thông qua lượng xe quá khứ có thể không phản ánh khối lượng hư hỏng mỏi trong mặt đường, nhưng nhận thức điều này từ hư hỏng được quan sát có thể khó hơn. Nếu tuổi thọ còn lại tính toán tỏ ra khác thường so với số lượng và mức độ trầm trọng của hư hỏng liên quan đến tải trọng, thì không sử dụng phương pháp tải trọng còn lại để tính toán năng lực kết cấu của mặt đường hiện tại.

Phương pháp tuổi thọ còn lại để xác định năng lực kết cấu không thể áp dụng trực tiếp, nếu không có sửa đổi, đối với mặt đường đã có một hoặc nhiều lớp phủ.

M_R thiết kế lớp nền có thể được xác định bằng:

(1) Thí nghiệm trong phòng.

(2) Việc tính toán ngược từ NDT,

(3) Dự tính từ các nghiên cứu tương quan mô đun đàn hồi, hoặc

(4) Thiết kế ban đầu và số liệu thi công.

Bất kể dùng phương pháp nào, giá trị M_R thiết kế phải phù hợp với giá trị dùng trong phương trình sự làm việc thiết kế đối với lớp nền Thí nghiệm Đường bộ AASHTO. Điều này đặc biệt quan trọng khi M_R được xác định bằng cách tính toán ngược từ NDT. Giá trị được tính toán ngược là quá cao một cách điển hình để phù hợp và cần phải được điều chỉnh. Nếu M_R không được điều chỉnh, thì giá trị SN sẽ quá thấp và không thể có được lớp phủ tốt. (Xem Phụ lục A – Bàn về việc tính ngược từ số liệu NDT).

11.6. LỚP PHỦ AC CỦA MẶT ĐƯỜNG AC

Phần này gồm việc thiết kế các lớp phủ AC của mặt đường AC. Các nhiệm vụ thi công sau đây được tính trong việc rải một lớp phủ AC trên lớp mặt đường AC cũ.

(1) Sửa chữa các khu vực bị hư hỏng và cải tạo hệ thống thoát nước bên dưới mặt đường (nếu cần thiết).

(2) Sửa chữa bề mặt lún bằng việc cào bóc hoặc rải một lớp bù vênh.

(3) Thi công mở rộng (nếu cần).

(4) Sử dụng một lớp dính bám.

(5) Rải một lớp phủ AC (gồm việc xử lý khống chế khe nứt phản ánh nếu cần).

11.6.1. TÍNH KHẢ THI

Lớp phủ AC là phương án khả thi khôi phục mặt đường AC, trừ khi tình trạng mặt đường hiện tại buộc phải đào bỏ và thay thế đáng kể. Các điều kiện để một lớp phủ AC sẽ không khả thi bao gồm:

(1) Số lượng của các vết nứt thành lưới trầm trọng lớn đến mức buộc phải đào bỏ hoàn toàn và thay thế lớp mặt hiện tại.

(2) Vết hằn bánh xe ở bề mặt quá nhiều cho thấy rằng vật liệu hiện tại thiếu độ ổn định cần thiết để ngăn ngừa lún tái diễn.

(3) Lớp móng trên được gia cố hiện tại có dấu hiệu hư hỏng nghiêm trọng và sẽ yêu cầu một khối lượng quá lớn công tác sửa chữa để bảo đảm sự chịu lực đồng đều đối với lớp phủ.

(4) Lớp móng trên bằng vật liệu hạt hiện tại phải được đào bỏ và thay thế do sự xâm nhập và pha tạp của lớp nền yếu;

(5) Sự bong tróc trong bề mặt AC hiện tại bắt buộc phải đào bỏ và thay thế.

11.6.2. SỬA CHỮA TRƯỚC KHI RẢI LỚP PHỦ

Các loại hư hỏng sau đây nên được sửa chữa trước khi rải lớp phủ mặt đường AC. Nếu chúng không được sửa chữa, tuổi thọ phục vụ của lớp phủ sẽ bị giảm nhiều.

Cơ chế cơ bản của nứt phản ánh là sự tập trung ứng suất trong lớp phủ do sự chuyển động trong xung quanh vết nứt ở bề mặt hiện tại. Sự chuyển động này có thể là uốn hoặc cắt gây ra do các tải trọng hoặc có thể do thay đổi nhiệt độ làm cho co ngót theo phương ngang. Chiều dày của lớp phủ hoặc chiều dày và độ cứng của mặt đường hiện tại tác động đến các sự chuyển dịch do tải trọng. Sự thay đổi nhiệt độ theo mùa và hàng ngày, hệ số dãn nở vì nhiệt của mặt đường hiện tại và khoảng cách các vết nứt tác động đến các chuyển dịch do nhiệt độ.

Công tác sửa chữa trước khi rải lớp phủ (vá và lấp vết nứt) có thể giúp trì hoãn sự xuất hiện và hư hỏng của các vết nứt phản ánh. Các biện pháp kiểm soát vết nứt phản ánh bổ sung tỏ ra hữu ích trong một số trường hợp như sau:

(1) Các màng phân tích bằng vải sợi tổng hợp và màng hấp thụ ứng suất (SAMIs) tỏ ra có hiệu quả trong việc kiểm soát sự phản hồi của vết nứt thành lưới hư hỏng vừa và nhỏ. Chúng cũng có thể sử dụng để kiểm soát sự phản ảnh của các vết nứt nhiệt độ, đặc biệt là khi sử dụng kết hợp với các chất lấp kín vết nứt. Tuy vậy chúng tỏ ra ít hiệu quả trong việc hạn chế các vết nứt phản hồi phát sinh do các chuyển vị thẳng đứng hoặc chuyển vị ngang.

(2) Các lớp giảm nhẹ vết nứt dày hơn 7.5 cm tỏ ra có hiệu quả trong việc khống chế sự phản ánh của các vết nứt do các chuyển dịch lớn hơn. Các lớp giảm nhẹ vết nứt này bao gồm cốt liệu thô cấp phối dạng hở và một tỷ lệ nhỏ AC.

(3) Việc cưa và rồi trám các khe trong lớp phủ AC tại vị trí trùng với các vết nứt thẳng trong lớp nằm ở dưới lớp AC có thể là hiệu quả trong việc khống chế hư hỏng của các vết nứt phản ánh. Kỹ thuật này rất có hiệu quả khi áp dụng cho các lớp phủ AC lên mặt đường PCC có khe nối khi vết cưa phù hợp với khe nối hoặc khe nứt thẳng trong phạm vi 2 cm.

(4) Chiều dày tăng của lớp phủ AC làm giảm uốn vồng hoặc cắt đứng dưới tải trọng và cũng làm giảm thay đổi nhiệt độ trong mặt đường hiện tại. Như vậy, lớp phủ AC dày hơn sẽ có hiệu quả hơn trong việc trì hoãn sự xuất hiện và hư hỏng của vết nứt phản ánh so với lớp phủ mỏng. Tuy nhiên việc làm tăng chiều dày lớp phủ AC là phương pháp tốn kém để kiểm soát vết nứt phản ánh.

Vết nứt phản ánh có ảnh hưởng đáng kể tới tuổi thọ của lớp phủ AC. Các vết nứt phản ánh bị hư hỏng làm giảm khả năng phục vụ của mặt đường và cũng yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên chẳng hạn như công tác hàn gắn và vá. Các khe nứt phản ánh cũng để cho nước xâm nhập vào kết cấu mặt đường, có thể dẫn đến sự mất liên kết giữa lớp phủ AC và lớp mặt đường AC hiện tại, sự bong tróc trong một hoặc cả hai lớp đó và sự giảm yếu các lớp vật liệu hạt và lớp nền. Vì lý do này, các khe nứt phản ánh được hàn gắn ngay khi chúng xuất hiện và hàn gắn lại định kỳ trong suốt tuổi thọ lớp phủ. Việc hàn gắn các khe nứt hư hỏng nhẹ cũng có thể hiệu quả trong việc làm chậm tiến trình phát triển tới mức độ vừa và nặng của chúng.

11.6.4. THOÁT NƯỚC BÊN DƯỚI MẶT ĐƯỜNG

Xem hướng dẫn ở Phần 10.5.2.4.

11.6.5. THIẾT KẾ CHIỀU DÀY

Nếu lớp phủ được rải vì mục đích cải tạo kết cấu, chiều dày yêu cầu của lớp phủ là hàm của năng lực kết cấu yêu cầu để đáp ứng các nhu cầu giao thông trong tương lai và năng lực kết cấu của mặt đường hiện tại. Chiều dày yêu cầu làm tăng năng lực kết cấu để chịu lượng giao thông tương lai được xác định theo phương trình sau:

Trong đó:

SN_ol – chỉ số kết cấu lớp phủ yêu cầu

a_ol – hệ số kết cấu đối với lớp phủ AC

D_ol – chiều dày lớp phủ yêu cầu, tính bằng insơ

SN_l – chỉ số kết cấu yêu cầu để chịu tải trọng xe tương lai.

SN_eff – chỉ số kết cấu hữu hiệu của mặt đường hiện tại.

Chiều dày lớp phủ yêu cầu được xác định thông qua các bước thiết kế sau. Các bước này cung cấp một phương pháp thiết kế toàn diện, đòi hỏi phải làm thí nghiệm mặt đường để các số liệu đầu vào phục vụ thiết kế hợp lý. Nếu không thể tiến hành thí nghiệm (chẳng hạn đối với đường có lượng xe thấp) thì có thể thiết kế lớp phủ gần đúng dựa trên quan sát các hư hỏng nhìn thấy được bằng cách bỏ qua các Bước 4 và 5 và bằng cách dự tính các số liệu đầu vào khác.

(1) Chiều dày và loại vật liệu của mỗi lớp mặt đường.

(2) Thông tin về đất nền tại chỗ (từ các nhật ký thi công, khảo sát đất nền, các báo cáo đất nông nghiệp của khu vực v.v…)

Bước 2: Phân tích giao thông.

(1) 80kN ESALs tích lũy theo thời gian qua trên làn xe thiết kế (Np), (chỉ dùng trong phương pháp tuổi thọ còn lại để xác định SN_eff).

(2) 80kN ESALs tương lai được dự báo trong làn xe thiết kế trong suốt thời kỳ thiết kế (N₁).

Bước 3: Khảo sát các tình trạng.

Các kiểu hư hỏng và mức độ nghiêm trọng định nghĩa ở trên cần phải đo đạc trong giai đoạn khảo sát các điều kiện và được sử dụng trong việc xác định các hệ số của kết cấu. Công tác lấy mẫu dọc theo dự án trong làn xe chạy nhiều nhất có thể được sử dụng để dự án các khối lượng này.

(1) Tỷ lệ của khu vực về mặt vết nứt thành lưới (loại 1, 2 và 3 tương ứng với các hư hỏng nhẹ, vừa và nặng).

(2) Số các vết nứt ngang trên một dặm (các hư hỏng nhẹ, vừa và nặng).

(3) Chiều sâu vết lún trung bình.

(4) Bằng chứng về hiện tượng phụt nước tại các khe nứt và ở bên rìa mặt đường.

Việc đo độ võng ở vệt bánh xe phía ngoài với các khoảng cách thích hợp dùng để đánh giá một cách đầy đủ các điều kiện. Thường sử dụng các khoảng cách từ 30 đến 300 m (ở Việt Nam thường là 50m). Các khu vực bị hư hỏng và sẽ sửa chữa thì không thí nghiệm. Một thiết bị đo độ võng do khối nặng rơi (Thiết bị đo độ võng theo kiểu xung lực) và nên dùng độ lớn tải trọng xấp xỉ 9,000 pao. ASTM D 4694 và D 4695 hướng dẫn thêm về thí nghiệm độ võng. Các độ võng nên do tại tâm của tải trọng và tại ít nhất một điểm nữa cách tải trọng như mô tả dưới đây.

(1) Mô đun đàn hồi nền (M_R). Tại các khoảng cách khá lớn từ tải trọng, các độ võng đo được tại bề mặt mặt đường chỉ là do độ biến dạng của lớp đất nền đường và không phụ thuộc vào kích cỡ của tấm tải trọng. Điều này cho phép tính ngược mô đun đàn hồi của lớp đất nền từ việc đo độ võng đơn và độ lớn tải trọng. Xem Phụ lục A.

Bước 5: Khoan và thí nghiệm vật liệu (nhấn mạnh).

(1) Mô đun đàn hồi của lớp nền. Nếu thí nghiệm độ võng không được thực hiện, công tác thí nghiệm mẫu của lớp nền trong phòng có thể cần tiến hành để xác định mô đun đàn hồi của nó, sử dụng AASHTO T 292 – 91 I với độ chênh (deviator) ứng suất là 41 Pa (6 psi) để phù hợp với độ chênh ứng suất đã sử dụng trong việc thiết lập 20,700 Pa (3,000 psi) cho lớp đất Thử nghiệm Đường bộ AASHTO mà được đưa vào phương trình thiết kế mặt đường mềm. Cũng có thể làm các thí nghiệm khác chẳng hạn như CBR hoặc thí nghiệm phân loại đất và hiệu chỉnh gần đúng để dự tính mô đun đàn hồi. Dùng phương trình dự tính M_­R = 1500 x CBR có thể cho ra một giá trị quá lớn đối với quy trình thiết kế này. Các mối quan hệ khác có sẵn trong khu vực địa phương có thể hợp lý hơn. Xem Phụ lục D về các quan hệ khác có thể thích hợp hơn.

(2) Các mẫu của các lớp AC và lớp móng trên có gia cường nên được khảo sát bằng mắt để đánh giá sự bong tróc, sự xuống cấp và độ xói mòn.

(3) Các mẫu của lớp móng trên và lớp móng dưới làm bằng vật liệu hạt nên được khảo sát bằng mắt và phân tích thành phần hạt để đánh giá sự xuống cấp và sự nhiễm bẩn do các hạt bụi.

(4) Chiều dày của tất cả các lớp nên được đo đạc.

Bước 6: Xác định chỉ số kết cấu yêu cầu cho giao thông tương lai (SNf).

(1) Mô đun đàn hồi hiệu quả của lớp nền thiết kế.

Xác định bởi một trong các phương pháp sau:

(a) Thí nghiệm trong phòng đã được mô tả trong Bước 5.

(b) Tính toán ngược từ các số liệu độ võng (Chú ý: giá trị này phải được điều chỉnh để phù hợp với giá trị được sử dụng trong phương trình thiết kế mặt đường mềm AASHTO như mô tả dưới đây).