TIÊu chuẩn ngành 22 tcn 274-2001

Cách nhanh nhất và dễ nhất đối với người thiết kế để xem những sai sót nào có thể ảnh hưởng đến khi ước tính ESAL thì sẽ đưa những yếu tố đó vào khi thiết kế mặt đường bằng cách đưa các biến số thay vào các hằng số trong phương trình thiết kế và thay đổi tổng số ESAL bằng cách cộng hoặc trừ 20% và xem tổng chiều dày của mặt đường có ảnh hưởng như thế nào. Do điều kiện của dự án, người thiết kế có thể xác định được ảnh hưởng do các sai sót khi ước tính dòng xe.

3.6.1. XEM XÉT CHUNG

Việc ước tính số lượng xe và các đặc trưng của nó đóng một vai trò chính trong thiết kế mặt đường và trong quá trình phân tích. Chương 9 và Chương 11 đòi hỏi các thông tin về giao thông cho việc thiết kế kết cấu mặt đường. Phần này đưa ra các hướng dẫn để ước tính số lượng tải trọng trục đơn tương đương tác dụng lên mặt đường trong thời kỳ thiết kế cụ thể hoặc để ước tính số lần tác dụng tải trọng trục tương đương đã tác dụng trên mặt đường hiện tại. Mặc dù các thông số về giao thông mang tính điển hình và lịch sử được cung cấp với mục đích minh họa, nhưng những người thiết kế và phân tích mặt đường vẫn được khuyến cáo sử dụng các số liệu tốt nhất có sẵn ở địa phương để mô tả điều kiện hiện trường cụ thể. Các dữ liệu về giao thông đó nên có sẵn, nó chính là một phần của kết quả quan trắc định kỳ dòng xe trên đường. Sự kết hợp làm việc chặt chẽ giữa những người thiết kế mặt đường và các nhà phân tích giao thông là điều kiện sống còn để ngành khoa học thiết kế và quản lý mặt đường ngày càng phát triển.

Số liệu thống kê cho thấy rõ ràng trong khi ngày nay xe cộ có thể được chính xác, thì các đặc trưng của nó lại thay đổi theo thời gian. Ngoại trừ sự gián đoạn, việc tăng trưởng liên tục trong giao thông là hiển nhiên. Loại thông tin này cộng với dự báo về dân số, tình hình sử dụng đất, các chỉ tiêu kinh tế v.v… đã được các nhà quy hoạch vận tải dùng để dự báo về nhu cầu đi lại trong tương lai. Ở cấp địa phương, những dự báo như vậy nói chung đang được xây dựng trên một cơ sở hệ thống và trên hầu hết các đường cấp cao theo các hành lang giao thông cụ thể. Những dự báo này cần phải đưa vào quá trình thiết kế mặt đường.

Những người sử dụng tiêu chuẩn được khuyến cáo trong việc sử dụng các dữ liệu tổng hợp trên toàn quốc. Các xu hướng trong một tỉnh nào đó hoặc theo hành lang giao thông trong một tỉnh có thể thay đổi khác nhau khá lớn. Điều này có thể xảy ra vì một số lý do bao gồm điều kiện kinh tế, các đặc điểm của nền công nghiệp địa phương, tốc độ phát triển, sự thay đổi các thiết bị do công nghiệp ô tô, v.v…Các nhà thiết kế mặt đường phải đặc biệt nhạy cảm với những thay đổi chính sách của nhà nước về công nghiệp, nông nghiệp hoặc phát triển khu dân cư trong khu vực dự án. Do thay đổi về chính sách nên có thể có những thay đổi đáng kể cả về tải trọng trục của các nhóm xe đặc biệt lẫn chuyển đổi sang các phương tiện khác (xe kéo kép), và cường độ sử dụng một tuyến đường cụ thể nào đó tăng lên.

Những thảo luận này nêu bật sự cần thiết của một chương trình toàn diện về đếm xe, phân loại xe, và do tải trọng xe. Thay đổi các khuynh hướng giao thông có thể gây ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ mặt đường hiện có và đến việc thiết kế mặt đường mới.

Để áp dụng các bước thiết kế trình bày trong tiêu chuẩn này thì các dòng xe hỗn hợp phải được quy đổi ra số tải trọng trục đơn tương đương 80kN. Các bước để quy đổi gồm:

(1) Xây dựng các hệ số tải trọng tương đương,

(2) Quy đổi dòng xe hỗn hợp thành tải trọng lượng đơn tương đương 80kN (ESAL), và

(3) xem xét phân bố theo làn xe.

Để thể hiện các tải trọng trục khác nhau dưới dạng một tham số thiết kế đơn thì việc xây dựng các hệ số tương đương về tải trọng trục là cần thiết. Những hệ số này khi nhân với số tải trọng trục thuộc cấp tải trọng đã biết thì sẽ đưa ra số lượng tải trọng trục đơn tương đương 80kN có ảnh hưởng tương đương đến sự làm việc của kết cấu mặt đường.

Hệ số tải trọng trục đơn tương đương đại diện cho tỷ lệ số lần lặp lại cần thiết của bất kỳ tải trọng trục và cấu tạo trục (trục đơn, trục đôi và nhiều trục) nào để làm giảm về PSI giống như một tải trọng trục đơn tương đương 80kN. Hệ số tải trọng trục tương đương có nguồn gốc từ các thí nghiệm về đường của AASHTO được trình bày trong Bảng 3.2 và 3.3 cho một khoảng của tải trọng trục, chỉ số kết cấu mặt đường và giá trị năng lực phục vụ cuối cùng của đường vào khoảng 2.0 và 2.5. Những số liệu này dựa trên phương trình lũy thừa 4 và được sửa đổi đến lũy thừa 4,5 trước khi đem sử dụng ở Việt Nam.

Việc dự báo xe (theo ESALs) để thiết kế phải dựa trên các thông tin về lượng xe trong quá khứ, có tính đến hệ số tăng trưởng hoặc những thay đổi khác có thể xảy ra.

Để thu được ESAL thiết kế, thì cần phải giả thiết chỉ số kết cấu (SN) của mặt đường mềm sau đó đó chọn hệ số tải trọng tương đương ở trong Bảng 3.2 hoặc 3.3. Sử dụng SN bằng 5.0 để xác định hệ số tải trọng trục đơn tương đương 80kN thường cho kết quả đủ chính xác để thiết kế, mặc dù thiết kế cuối cùng có thể khác một chút so với giả thiết. Nếu có sai số thì thì giả thuyết này thường do đánh giá quá cao tải trọng trục đơn tương đương 80kN. Khi yêu cầu độ chính xác cao và thiết kế tính toán khác nhiều (2,5 cm bê tông asphalt) so với giá trị giả thuyết thì phải giả thuyết một giá trị mới và tính toán tại ESAL thiết kế, và xác định lại kết cấu theo trị số ESAL mới. Các bước phải được thực hiện tiếp tục cho đến khi giá trị giả thiết và giá trị tính toán gần như nhau.

Nếu số tải trọng trục tương đương đại diện tổng số tải trọng của tất cả các làn theo cả hai hướng xe chạy thì phân chúng theo hướng và theo làn để thiết kế. Phân bố theo hướng thường thực hiện bằng cách lấy 50% lưu lượng xe cho mỗi hướng, trừ khi có sự xem xét đặc biệt (ví dụ nhiều xe có tải di theo một hướng còn nhiều xe không tải đi theo hướng khác) thì phải có cách phân bố khác. Về việc phân bố theo làn, chỉ định 100% lưu lượng xe của mỗi hướng (50% của tổng số) cho lần thiết kế.

3.6.2. TÍNH TOÁN SỐ LẦN TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG TRỤC ĐƠN TƯƠNG ĐƯƠNG

Khi tính toán tải trọng trục đơn tương đương để thiết kế một dự án cụ thể nào đó, cách thuận tiện là chuyển phân bổ xe đã ước tính thành các hệ số tải trọng. Có 2 phương pháp tính tải trọng xe được tóm tắt ở các phần dưới đây.

(1) Khi các số liệu về tải trọng trục có sẵn tại các trạm cân thì các số liệu đó có thể giả thiết là đại diện cho lưu lượng xe của mặt đường được thiết kế, hệ số tải trọng có thể được tính toán trực tiếp. Ví dụ, giả thiết dữ liệu trong hình 3.1 minh họa việc cân xe của các xe sơ mimoóc 5-trục, tại một trạm cân cụ thể. Các hệ số tương đương tải trọng trục lấy từ bảng 3.3, số lượng các trục đại diện cho nhóm hoặc sự phân bổ trọng tải trong trục lấy từ bảng 3.3, số lượng các trục đại diện cho nhóm hoặc sự phân bổ trọng tải trong các khoảng tải trọng trục được đề cập đến ESAL theo các khoảng tải trọng trục được tổng cộng lại để đưa ra tổng số của ESAL cho 165 xe cùng được cân. Hệ số tải trọng được lấy là 1.5464. Một tập hợp các tính toán tương tự có thể được thực hiện đối với mỗi loại xe (Các hệ số tải trọng tương đương nêu trong Bảng 3.3 có nguồn gốc từ các thí nghiệm của AASHTO).

Nên lưu ý rằng hệ số tải trọng này dựa trên mức độ phục vụ cuối cùng của mật đường giả thiết là 2,5 và chỉ số kết cấu là 5,0. Trong hầu hết các trường hợp, những giả thiết như vậy sẽ đảm bảo đủ độ chính xác đối với mục tiêu thiết kế. Khi đòi hỏi độ chính xác đối với mục tiêu thiết kế. Khi đòi hỏi độ chính xác cao hơn thì phải tính lại hệ số tải trọng xe với một hệ số tương đương mới như đã nêu ở trên.

(2) Khi không sẵn sàng có các số liệu trực tiếp từ các trạm cân thì phải dùng giá trị đại diện cho mỗi loại xe khác nhau. Không thể điều chỉnh mức độ phục vụ hoặc chiều dày khi sử dụng dữ liệu thay thế này. Phương pháp này dường như hay được sử dụng nhất.

Biểu 3.4 có thể dùng để tính toán ESAL bằng cách dùng các hệ số tải trọng trục thu được trực tiếp từ các trạm cân hoặc dựa trên các giá trị đại diện cho cơ quan thiết kế cung cấp. Biểu 3.5 đưa ra các giá trị sẽ được dùng ở Việt Nam trừ khi những người thiết kế được hướng dẫn khác.

Cột đầu tiên (cột A) giới thiệu giá trị đếm xe hàng ngày của từng loại xe của năm cơ sở lấy từ số liệu thu thập được ở các trạm đếm xe đại diện tại nơi thiết kế.

Cột thứ 2 (cột B) đưa ra hệ số tăng trưởng chỉ định cho mỗi loại xe khác nhau. Việc tính toán này phải tính đến thực tế là tỉ lệ tăng trưởng của mỗi loại xe thường khác nhau. Biểu 3.6 đưa ra các số nhân phù hợp với mỗi tỉ lệ tăng trưởng và thời gian thiết kế.

Bất kỳ hệ số tăng trưởng giao thông nào được lựa chọn cũng phải phản ánh được các xem xét về các sự thay đổi đã đề cập trong phần 3.6.1.

Cột thứ 3 (cột C) cơ bản là kết của quả tích 2 cột đầu nhân với 365. Đó là tổng số lần tác dụng tích lũy của các loại xe cụ thể trong thời kỳ phân tích.

Cột thứ 4 (cột D) đưa ra giá trị tải trọng trục đơn tương đương riêng cho mỗi loại xe. Bảng 3.5 đưa ra giá trị tải trọng trục đơn tương đương cho mỗi cấp xe tải.

Cột thứ 5 (cột E) là cột mở rộng của cột (C) và (D) đưa ra tổng tải trọng trục đơn tương đương (theo loại xe) có thể áp dụng cho các đoạn mẫu trong thời kỳ phân tích. Tổng số các giá trị này là tổng tải trọng trục đơn tương đương 80kN và giá trị này sẽ được dùng để thiết kế kết cấu mặt đường.

Số tải trọng trục đơn tương đương thu được do sử dụng các bước tính toán đại diện cho toàn bộ lưu lượng giao thông ở các làn xe và theo cả 2 chiều. Số liệu này sau đó phải được phân chia theo hướng và theo làn xe như nêu trong phần 3.6.1.

3.6.3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN ESAL

Một số ví dụ dưới đây sẽ trình bày rõ hơn các bước thực hiện tính toán ESAL. Bảng 3.7 chỉ ra cách tính tải trọng trục đơn tương đương 80kN cho một đường có đặc trưng giao thông điển hình của đường ôtô ngoài đô thị. Các giả thiết trong ví dụ:

(1) Lưu lượng xe (gồm xe khách, xe buýt, xe tải nhỏ) tỉ số tăng trưởng 2% mỗi năm, tỉ lệ tăng trưởng 4% đối với xe kéo bán rơ moóc và xe rơ moóc, và 5% đối với xe rơ moóc kéo.

(2) Tải trọng trục xe của các loại xe khác nhau sẽ cố định trong suốt thời kỳ phân tích.

(3) Mức độ phục vụ cuối cùng (P_t) là 2.5.

(4) Thời kỳ phân tích là 20 năm; vì không kể đến phân kỳ xây dựng, nên thời gian phục vụ của đường cũng là 20 năm.

(5) Chỉ số kết cấu SN =5.

1 kip = 4.5 kN

2. Dùng cho thiết kế sơ bộ. Đối với thiết kế cuối cùng dùng số liệu cân xe và đếm xe thực tế của vùng dự án.