Tiêu chuẩn ngành Chỉ dẫn kỹ thuật thiết kế mặt đường mềm

101 trang ngocly 250

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tiêu chuẩn ngành Chỉ dẫn kỹ thuật thiết kế mặt đường mềm", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

tieu_chuan_nganh_chi_dan_ky_thuat_thiet_ke_mat_duong_mem.doc

Nội dung text: Tiêu chuẩn ngành Chỉ dẫn kỹ thuật thiết kế mặt đường mềm

TIÊU CHUẨN NGÀNH 22 TCN 274-2001 CHỈ DẪN KỸ THUẬT THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM CHƯƠNG 1. XEM XÉT CHUNG VỀ PHẦN THIẾT KẾ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG 1.1. GIỚI THIỆU Thiết kế kết cấu mặt đường là nhằm xác định toàn bộ các lớp mặt đường, móng trên và móng dưới sao cho phù hợp nhất với các điều kiện cụ thể của mỗi dự án. Sự tổ hợp của các vật liệu trong nằm ngay phía trên nền đất (lớp tạo phẳng) thường được xem là phần kết cấu. Theo “Hướng dẫn thiết kế kết cấu mặt đường của AASHTO” thì các lớp đó được xem là “kết cấu mặt đường”. Thiết kế kết cấu mặt đường thực sự không phải là một nhóm khoa học chính xác. Nó bao gồm rất nhiều biến số làm cho không thể tính chính xác như các công thức toán học thuần túy lý thuyết. Hướng dẫn thiết kế và tiêu chuẩn thiết kế được trình bày ở đây dựa trên lượng thông tin lớn gồm có: lý thuyết tính toán, các nghiên cứu thí nghiệm trong phòng, các đoạn thực nghiệm: nghiên cứu vật liệu, phương pháp và thiết bị và có lẽ một trong các yếu tố quan trọng nhất đó là xem xét tính năng phục vụ kết cấu. Thiết kế kết cấu cuối cùng phải dựa trên số liệu khảo sát kỹ lưỡng về các điều kiện cụ thể của từng dự án gồm vật liệu, điều kiện môi trường, giao thông, vấn đề kinh tế của chu kỳ tuổi thọ, và vấn đề tính năng phục vụ các kết cấu ở các dự án tương tự trong các điều kiện tương tự ở cùng vùng. Nghiên cứu và thực nghiệm vẫn đang được tiến hành nhằm đưa ra phương pháp và tiêu chuẩn thiết kế hoàn thiện, có sử dụng thành tựu tiên tiến về vật liệu và công nghệ. Việc đề xuất những ý tưởng mới nhằm ứng dụng vật liệu và công nghệ mới trong thiết kế, thi công, duy tu và trong kỹ thuật vật liệu của kết cấu rất được khuyến khích. Nghiên cứu và những thay đổi được đề nghị trong tiêu chuẩn thiết kế cần được gửi lên Vụ khoa học công nghệ (DOST) – Bộ GTVT. Quyển “Hướng dẫn thiết kế kết cấu mặt đường” của AASHTO là một tài liệu hướng dẫn rất tổng quát, rất hữu ích đối với công tác thiết kế kết cấu mặt đường. Cuốn hướng dẫn thiết kế của AASHTO do đội ngũ chuyên gia được công nhận ở Mỹ soạn thảo với nhiều dữ liệu thu thập được từ một số bang. Giải pháp cơ bản thiết kế mặt đường trong tiêu chuẩn này dựa theo cuốn hướng dẫn của AASHTO. 1.2. MỤC TIÊU THIẾT KẾ Trừ các kết cấu thực nghiệm dùng để nghiên cứu, các kết cấu nói chung đều phải được thiết kế, sử dụng các phương pháp hoặc các tiêu chuẩn nêu dưới đây. Điều này nhằm bảo đảm đủ cường độ và độ bền của công trình để có thể chịu được tải trọng xe cộ dự báo trong suốt thời kỳ thiết kế của dự án. Các giải pháp thiết kế (mặt đường cứng và mềm) phải được xem xét đối với từng dự án sao cho phù hợp với từng điều kiện cụ thể của nó. Nói chung, thiết kế kinh tế nhất định phải dựa vào “chi phí chu kỳ tuổi thọ” gồm chi phí ban đầu, chi phí duy tu bảo dưỡng và chi phí khôi phục trong suốt chu kỳ tuổi thọ đã được lựa chọn. Chúng ta có thể chọn phương pháp thiết kế, tuy nhiên nó phải phụ thuộc vào các điều kiện riêng của từng dự án như: độ lún của nền đã dự báo không đồng đều, đất nền có tính trương nở cao, nước ngầm, khả năng có sẵn của vật liệu, loại mặt đường trên các làn xe lân cận hoặc các thiết bị giao thông, xem xét lưu lượng xe, xây dựng phân kỳ, quy mô dự án hoặc các yếu tố khác. Do một vài điều kiện nêu trên có thể làm tăng chi phí, chúng trở thành một yếu tố trong phân tích chi phí chu kỳ tuổi thọ. Chương 9 bàn về việc lựa chọn loại mặt đường và các bước cụ thể để tiến hành phân tích kinh tế. 1.3. CÁC YẾU TỐ KẾT CẤU CHÍNH CỦA PHẦN XE CHẠY Các yếu tố kết cấu chính của phần xe chạy được chỉ ra trong hình 1.1. Những đặc điểm và kích thước của loại mặt đường khác nhau, cách xử lý bề mặt, lớp móng trên, móng dưới thường sử
dụng được bàn bạc và đưa ra ở các mục và các hình tương ứng ở phần sau. Hệ thống thoát nước của kết cấu tiêu chuẩn được đưa ra trong sơ đồ ở chương 6 và được chi tiết hóa ở các bản vẽ tiêu chuẩn. Các yêu cầu riêng về vật liệu được mô tả trong quy định tiêu chuẩn thi công. Hình 1.1 CHƯƠNG 2. CÁC BƯỚC THIẾT KẾ 2.1. CÁC THÔNG TIN CẦN TRÌNH CỤC GIÁM ĐỊNH VÀ QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG Dưới đây là các hướng dẫn những thông tin cần trình lên cục GĐ và QLCL khi thiết kế kết cấu mặt đường: (1) Báo cáo địa chất hoặc báo cáo vật liệu. Một bản báo cáo địa chất hoặc báo cáo vật liệu của tất cả các dự án phải được gửi lên Cục GĐ và QLCL trước khi trình thiết kế. (2) Phê duyệt của Cục GĐ và QLCL. Phải gửi một bản thiết kế cùng với thư và bản đồ dự án lên Cục GĐ và QLCL. Trong thư phải nêu rõ thời kỳ thiết kế, các môđun đàn hồi (Mk) của đất nền, môđun đàn hồi được chọn cho thiết kế phần kết cấu và số tải trọng trục tương đương cho làn xe thiết kế của từng đoạn thiết kế. Tất cả các tài liệu đính kèm lớn hơn khổ giấy A-4 đều phải đóng theo khổ giấy A-4 (210mm x 297mm). (3) Các thiết kế phí tiêu chuẩn hoặc thiết kế đặc biệt. Các thiết kế phi tiêu chuẩn hoặc các thiết kế “đặc biệt” nhằm thỏa mãn các điều kiện đặc biệt của một dự án nào đó hoặc vì mục đích nghiên cứu thì phải chứng minh và trình để phê duyệt. Khi trình phải gửi kèm hai bản gồm kết cấu thiết kế đề xuất và bản đồ vùng đường đi qua. Trong thư trình phải nêu rõ thời kỳ thiết kế, các mô đun đàn hồi của đất nền, môđun đàn hồi được chọn cho thiết kế kết cấu, tải trọng trục đơn tương đương theo làn xe áp dụng cho từng đoạn kết cấu, và các thuyết minh cho thiết kế phi tiêu chuẩn hoặc đặc biệt này.
(4) Lựa chọn loại mặt đường. Phải tiến hành phân tích chi phí cho một chu kỳ phục vụ đối với việc lựa chọn loại mặt đường trong các dự án xây dựng mới với tải trọng trục đơn tương đương lớn hơn 2.000.000. Một bản đầy đủ các tài liệu về loại mặt đường đã được duyệt phải được đệ trình trong hồ sơ để tham khảo. Tài liệu đệ trình phải gồm các thông tin giống như thông tin yêu cầu tại điều 2.1 (2). Ngoài ra cũng phải gửi kèm các dữ liệu như yêu cầu trong phần chỉ dẫn thuộc chương 7-lựa chọn loại mặt đường. (5) Sửa đổi sau này. Bất kỳ thay đổi nào về kết cấu đều phải đệ trình phù hợp với các chỉ dẫn nói trên và có sự tham khảo kỹ bản gốc. CHƯƠNG 3. CÁC SỐ LIỆU VỀ GIAO THÔNG CHO THIẾT KẾ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG 3.1. GIỚI THIỆU Mục tiêu chính của thiết kế kết cấu mặt đường là đưa ra một kết cấu móng và mặt đường đủ bền và ổn định, với mức duy tu tối thiểu con đường vẫn đảm bảo chịu được tải trọng xe trong suốt thời kỳ thiết kế. Phần này thảo luận về các yếu tố được xem xét trong quá trình thiết kế cũng như các bước tiến hành khi dự báo giao thông để thiết kế “kết cấu mặt đường” hoặc kết cấu cho các dự án cụ thể. Kết cấu mặt đường được thiết kế để đảm bảo lượng giao thông đã dự báo trước trong đó có xem xét đến sự tăng trưởng của lưu lượng giao thông và sự quy đổi dòng xe hỗn hợp về tải trọng trục đơn tương đương 80kN (ESALs) có thể xảy ra trong thời kỳ thiết kế. Ảnh hưởng của xe khách, xe tải nhỏ và xe tải 2 trục đến tuổi thọ của mặt đường là nhỏ nhất còn các xe quá tải sẽ là nguyên nhân chính làm giảm tuổi thọ mặt đường. Khi thiết kế kết cấu mặt đường yêu cầu các thông tin về giao thông gồm tải trọng trục, kiểu trục xe và số lần tác dụng. Việc ước tính tải trọng trục đơn tương đương là yếu tố chính để thiết kế. Nếu tính toán không đúng tải trọng trục đơn tương đương thì tuổi thọ của đường có thể bị rút ngắn đáng kể hoặc ngược lại nếu lưu lượng xe được tính toán vượt quá thì mặt đường thiết kế quá dày dẫn đến kết cấu mặt đường không kinh tế. Kết quả thí nghiệm đường của AASHTO cho thấy rằng tác dụng gây hư hại của một trục xe có thể thể hiện bằng số lần tác dụng của tải trọng trục xe tương đương 80kN. Ví dụ một lần tác dụng của tải trọng trục đơn 53 kN gây hư hại tương đương 0,23 lần tải trọng trục đơn 80kN, nói cách khác cứ 4 lần tác dụng của tải trọng đơn 53kN sẽ gây hư hại (hoặc làm giảm năng lực phục vụ) tương đương một lần tác dụng của tải trọng trục đơn 80kN. Khái niệm tương đương này được áp dụng để chuyển đổi dòng xe tải hỗn hợp có các tải trọng trục và trục xe khác nhau về một tải trọng chung, tải trọng trục xe tương đương 80kN ESAL. Dòng xe tải hỗn hợp ở thời kỳ thiết kế của dự án phải được chuyển đổi về số lần tác dụng của trục xe đơn tương đương 80kN để thiết kế kết cấu mặt đường. Yếu tố tương đương về tải trọng dùng ở Việt Nam có liên quan đến tỉ số của tải trọng trục đưa ra so với tải trọng trục tiêu chuẩn 80kN tăng lên tới lũy thừa 4.5. 4,5 L f L / L80kN Ví dụ, một xe có tải trọng trục là 20 kN thì có hệ số tương đương là 0.0020, trong khi đó tải trọng trục 100kN thì tương đương với 2,73 tải trọng trục 80 kN. Thật ra việc tiến hành dự báo lượng xe tải cho mục đích thiết kế kết cấu mặt đường không phải luôn luôn theo phép dự đoán tuyến tính giản đơn của các số liệu có sẵn. Điều này đặc biệt đúng ở những nơi tốc độ phát triển nhanh và việc sử dụng đất thay đổi. Dự báo giao thông do các cơ quan vùng hoặc địa phương tiến hành và có thể được dùng làm cơ sở để xác định tải trọng trục đơn tương đương nếu Vụ Khoa học công nghệ và môi trường (KHCN & MT) đồng ý chấp nhận mô hình giao thông sử dụng là phù hợp với mục đích, số liệu mẫu và các yếu tố tương đối phù hợp thỏa mãn được kế hoạch sử dụng đất và các yếu tố về dân số. Mặt khác, nơi có tuyến mới hoặc nâng cấp ở vùng ngoài đô thị có lưu lượng giao thông thấp thì dự đoán giao thông có thể là quan hệ tuyến tính với các số liệu có sẵn từ các nghiên cứu gần đây nhất về lưu lượng giao thông trong khu vực dự án. 3.1.1. THỜI KỲ THIẾT KẾ
Kết cấu mặt đường thiết kế phải chịu được lượng xe đã dự báo cho một hướng xe chạy trong thời kỳ 20 năm sau khi đưa vào khai thác. Khi dự kiến thời kỳ thiết kế ngắn hơn thì phải có tài liệu thuyết minh và phải đệ trình để phê duyệt; xem phần 2.1. Chú ý thời gian phân tích không nhất thiết phải giống thời kỳ thiết kế. Nếu có xét đến thời gian khôi phục trong tương lai thì thời kỳ phân tích có thể dài hơn nhiều so với thời kỳ thiết kế. Bảng 3.1 chỉ ra một vài thời kỳ phân tích khác nhau cho các loại mặt đường khác nhau. Thời kỳ thiết kế cho mỗi loại mặt đường này là 20 năm. Bảng 3.1 Thời kỳ phân tích Thời kỳ phục vụ Điều kiện đường (năm) (Việt Nam) Đường đô thị lưu lượng GT lớn 30 – 50 15 Đường ngoài đô thị lưu lượng GT lớn 20 – 50 15 Đường có rải mặt lưu lượng GT thấp 15 – 25 10 Đường có lớp mặt cấp phối lưu lượng GT thấp 10 – 20 7 Khi phê duyệt vụ KHCN-Bộ GTVT (DOST) có thể chọn dùng những thiết kế có thời kỳ thiết kế ngắn hơn 20 năm vì nếu thời kỳ thiết kế dài hơn sẽ làm tăng vốn đầu tư của dự án. Do có sự liên quan của rất nhiều các biến số độc lập nên thời kỳ phục vụ của kết cấu áo đường trước khi tiến hành đại tu hoặc khôi phục phải được xem xét thực tế dài hơn hay ngắn hơn thời kỳ thiết kế. Nếu như các biện pháp thoát nước tốt được kết hợp với kết cấu mặt đường thì tuổi thọ phục vụ thực tế của mặt đường nói chung sẽ lớn hơn tuổi thọ thiết kế. 3.2. DỰ BÁO GIAO THÔNG Các bước dùng trong hướng dẫn này để quy đổi một dòng xe hỗn hợp nhiều loại tải trọng và cấu hình khác nhau sang số lượng xe thiết kế nghĩa là quy đổi mỗi loại tải trọng khác nhau sang tải trọng trục đơn tương đương 80kN và tính tổng của những đại lượng này trong suốt thời kỳ thiết kế. Các bước quy đổi tải trọng xe hỗn hợp sang tải trọng trục đơn tương đương được trình bày trong phần 3.6.2. Dưới đây là 4 điều chính cần xem xét vì nó có ảnh hưởng đến mức độ chính xác của các ước tính về giao thông và ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ của mặt đường: (1) Mức độ chính xác của giá trị tương đương về tải trọng được sử dụng để ước tính các tác hại liên quan do trọng tải và dạng tải trọng trục khác nhau gây ra. (2) độ chính xác của các thông tin về lưu lượng xe và tải trọng xe được dùng để minh họa cho dự báo tải trọng thực tế. (3) dự báo tải trọng trục đơn tương đương trong suốt thời kỳ thiết kế, và (4) quan hệ giữa tuổi thọ mặt đường và giao thông trên đường do nó ảnh hưởng đến những thay đổi về PSI. Trong thời điểm hiện nay thì các yếu tố về tải trọng trục tương đương sẵn có được xem như các số liệu sẵn có tốt nhất, những thông số tiêu biểu cho Việt Nam dựa trên các nghiên cứu ở các nước nhiệt đới khác. Điều này không có nghĩa là những số liệu này là hoàn toàn chính xác nhưng cho đến nay thì đó là những số liệu ước tính tốt nhất. Cũng xin lưu ý rằng các hệ số tương đương về tải trọng, ở một mức độ tối thiểu, phụ thuộc vào loại mặt đường (mặt đường cứng hoặc mềm), chiều dày và mức độ phục vụ cuối cùng (Pt) được sử dụng trong thiết kế. Các thông tin giao thông trong mẫu biểu về số trục quan sát được trong một loạt các nhóm tải trọng, với mỗi nhóm tải trọng bao trùm một khoảng nhất định được sử dụng. Tuy nhiên các thông tin giao thông có liên quan tới AADT của loại xe tải, nghĩa là liên quan đến cấu hình trục thì có thể dùng để dự báo các trục tương đương. Từ thông tin này có thể tính được hệ số tương
đương trung bình của tải trọng cho tất cả các loại xe tải hoặc cho các loại tải có cùng cấu hình, v.v tức là giá trị trung bình cho các loại xe trục đơn, trục đôi, hoặc trục ba. Nói chung thì các thông tin thu được từ các bảng dữ liệu này sẽ được quy đổi ra thành các số nhân đơn giản (hệ số chuyển đổi tương đương) đại diện cho mỗi loại xe trong dòng xe. Những số nhân này có thể được sử dụng để quy đổi dòng xe hỗn hợp sang tải trọng trục đơn tương đương. Có thể thấy rằng việc quy đổi này đại diện cho việc ước tính khi nó được áp dụng cho các đường quốc lộ khác với các đường mà ta thu được số liệu. Các số liệu ở trạm xe chỉ là một mẫu số liệu của dòng xe với tải trọng cân được ở một số vị trí giới hạn nhất định trong một thời gian nhất định. Những thông tin này như vậy phải được hiểu một cách cẩn thận khi áp dụng cho các dự án cụ thể. Các kết quả thu được từ các trạm cân khác nhau phải được báo cáo để đưa ra các hệ số khác nhau thuộc một trong số 6 hệ số. Do đó, một trong những yếu tố gây ra sai sót khi dự đoán tải trọng trục đơn tương đương đó là việc sử dụng các hệ số tải trọng trục tương đương cho các cấp hạng đường khác nhau dựa trên những mẫu số liệu nhỏ có liên quan. Các mẫu về loại thông tin này tăng thêm là cần thiết nhằm giảm các sai sót khi ước tính do thiếu thông tin về một dự án cụ thể. Những người sử dụng cuốn tiêu chuẩn này được khuyến khích thu thập những dữ liệu giao thông tốt nhất có thể cho mỗi dự án cụ thể mà họ thiết kế. Do mặt đường mới hay mặt đường khôi phục được thiết kế trong thời kỳ từ 10 đến 20 năm hoặc lâu hơn, nên việc dự đoán tải trọng đơn tương đương cho thời kỳ ấy (tức là thời kỳ phục vụ) là cần thiết. Thời kỳ phục vụ của dự án thường được xem như thời kỳ thiết kế, được định nghĩa là khoảng thời gian mà kết cấu ban đầu (hoặc kết cấu khôi phục) tồn tại được, tới trước khi đạt đến mức độ phục vụ cuối cùng. Với tiêu chuẩn này ta có thể áp dụng bất kỳ thời gian phục vụ nào của đường để tính toán vì nó dựa vào tổng số tải trọng trục đơn tương đương: tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy giới hạn thực tế cao hơn dựa trên các xem xét khác ngoài lưu lượng giao thông. Số tải trọng trục đơn tương đương trong thời gian phục vụ của đường là tổng số tích lũy kể từ thời điểm thông xe cho đến thời điểm mà mức độ phục vụ giảm xuống đến giá trị cuối cùng (Pt tương đương 2.5 hoặc 2.0). Nếu lưu lượng giao thông được đánh giá thấp, thì thời gian thực tế để đạt Pt có thể thấp hơn thời gian phục vụ của mặt đường dự kiến, do đó dẫn đến tăng chi phí duy tu bảo dưỡng. Thời kỳ phục vụ tối đa của mặt đường có thể dùng để thiết kế mặt đường mềm như sau: Xây dựng mới : 20 năm Khôi phục: : 10 năm Thời kỳ phục vụ và lưu lượng xe thiết kế tương ứng phải phản ánh được tuổi thọ thực tế của mặt đường. Không được nhầm thời kỳ phục vụ của mặt đường với tuổi thọ của mặt đường. Tuổi thọ mặt đường có thể được kéo dài bằng cách sửa chữa định kỳ lớp mặt hoặc kết cấu mặt đường. Tải trọng tương đương được lấy từ nhiều bước dự đoán giao thông khác nhau đại diện tổng số giao thông cho tất cả các làn xe ở cả 2 chiều xe chạy. Để thiết kế thì lưu lượng giao thông phải được phân theo hướng và theo làn xe. Việc phân theo hướng thường được lấy 50% lưu lượng giao thông cho mỗi hướng, trừ khi các số liệu thu thập sẵn có cho một số tỉ lệ phân chia khác. Về việc phân chia theo làn thì 100% lượng xe theo một hướng thường được chỉ định chính là lượng xe của làn xe theo hướng đó nếu các số liệu đếm xe không có sẵn. Các nhà thiết kế nên phối hợp làm việc chặt chẽ với đội ngũ nhân viên đếm xe để đảm bảo các thông tin cung cấp là chính xác và để họ hiểu được hậu quả do ước tính thiếu số liệu về lượng giao thông hiện tại cũng như tương lai. Việc dự đoán lưu lượng giao thông tương lai thường dựa trên lịch sử quá trình giao thông trước đó. Một vài hệ số được đề cập dưới đây có thể ảnh hưởng đến việc dự báo. Vì mục tiêu thiết kế kết cấu mặt đường nên việc tính toán tổng số lần tích lũy của tải trọng trục đơn tương đương 80kN cho thời kỳ phục vụ thiết kế là cần thiết. Số tải trọng trục đơn tương đương có thể tỉ lệ hoặc không tỉ lệ với lưu lượng giao thông trung bình ngày. Lưu lượng xe là thông tin hết sức thiết yếu yêu cầu để tính toán tải trọng trục tương đương vì đó là những thông tin hết sức quan trọng để có thể ước tính chính xác lưu lượng xe tương lai cho mặt đường trong suốt thời kỳ thiết kế.
Lưu lượng xe có thể không đổi hoặc tăng lên theo quan hệ tuyến tính hoặc theo hàm số mũ. Trong hầu hết các trường hợp, quốc lộ được phân cấp là loại đường huyết mạch có mức tăng theo hàm số mũ (có thể so sánh với mức lãi gộp trong đầu tư). Lưu lượng xe trên con đường thứ yếu hoặc các loại đường thu gom khác có thể tăng lên theo quan hệ tuyến tính, trong đó lưu lượng giao thông tại các phố thuộc khu dân cư lại có thể không đổi vì nhu cầu sử dụng không thay đổi. Do đó, những người thiết kế phải dự tính đến mức độ tăng trưởng giao thông từ thời điểm của lần đếm xe hoặc cân xe cuối cùng cho đến tận thời kỳ thiết kế lựa chọn. Phần 3.6 đưa ra các thông tin cần thiết để dự báo mức tăng trưởng xe trong tương lai dựa trên tỷ lệ tăng trưởng theo hàm số mũ tổng hợp. Nếu giả thiết mức tăng trưởng xe là bằng không hoặc âm thì có thể dùng hệ số tăng trưởng xe bằng không hoặc âm. Trong hầu hết các trường hợp thì hệ số tăng trưởng xe thích hợp có thể chọn từ Bảng 3.6. Đối với các quốc lộ chính, thì nên áp dụng mức tăng trưởng xe cho xe tải khác với tổng mức tăng trưởng giao thông vì mức tăng trưởng xe của xe tải có thể khác so với tổng mức tăng trưởng của toàn thể dòng xe. Hệ số tương đương của tải trọng tăng xấp xỉ như hàm số của tỉ số của bất kỳ loại tải trọng trục đã cho trước nào so với tải trọng trục đơn tiêu chuẩn 80kN với lũy thừa 4,5. Do đó, tải trọng 120 kN gây hại cho đường bằng 6,2 lần so với tải trọng 80kN, v.v (120/80)4,5. Quan hệ này thay đổi tùy thuộc chỉ số kết cấu và mức độ phục vụ cuối cùng của đường; tuy nhiên thì đó cũng là cách biểu thị tổng quát về ảnh hưởng của tải trọng. Vì vậy, việc có được các thông tin về tải trọng của mỗi loại xe là hết sức quan trọng đặc biệt là các thông tin về các xe tải nhiều trục vì hầu hết các dự án thì loại xe này chiếm tỉ lệ cao trong tổng ESAL. Việc tính toán ESAL trong tương lai thường dựa vào các hệ số xe phân theo từng loại. Ví dụ, dựa vào các thông số về tải trọng của xe kéo 5 trục và số rơ moóc ta có thể tăng số nhân trung bình cho từng xe 5 trục lên. Do vậy, nếu những người thiết kế có thể ước tính được số xe 5 trục trong suốt thời kỳ thiết kế thì có thể tính được số lượng tích lũy của ESAL do các loại xe đặc biệt này. Các bước tương tự được nêu trong Mục 3.6 dành cho tất cả các loại xe trên đường vào thời điểm hiện tại. Về việc sử dụng các hệ số xe thì việc áp dụng các thông tin sẵn có về tải trọng đại diện của các loại xe tác động lên đường thiết kế là rất quan trọng. Một vài số liệu về trọng tải của xe cho thấy tải trọng xe có thể bị thay đổi do 6 hay nhiều hơn 6 yếu tố giữa các trạm cân xe. Do đó, vấn đề rất quan trọng là làm sao để có được các thông tin càng gần với điều kiện hiện trường thì càng tốt cho việc tính tải trọng trục xe đơn tương đương cho mỗi loại xe. Các bước nêu trong Mục 3.6 có thể áp dụng cho việc thiết kế thi công theo phân kỳ, tức là ở những nơi thời kỳ thiết kế ban đầu đã bị thay đổi để xem xét các giải pháp thiết kế do so sánh kinh tế. Cần phải nói rõ rằng từ thảo luận này cho thấy việc ước tính hay dự báo lưu lượng xe tương lai (ESALs) là một việc không dễ dàng. Dự báo kém có thể dẫn đến việc thiết kế một kết cấu đường có độ phục vụ khác xa so với yêu cầu lại tăng chi phí của dự án. Việc tăng chi phí như vậy khi áp dụng cho tất cả các đoạn đang được một đơn vị nào đó thiết kế sẽ gây ảnh hưởng bất lợi đến toàn bộ chương trình dự án đường và làm giảm khối lượng công việc mà đáng ra có thể làm được. Nếu trong tương lai bãi bỏ hoặc nới rộng các quy định về tải trọng thì có thể gây ra sự thay đổi về việc phân bố tải trọng theo loại xe, có thể dẫn đến việc tăng tỉ lệ 5 trục (hoặc nhiều hơn) đang được sử dụng. Cũng như vậy, áp suất hơi của lốp xe cũng tăng lên vì các nhà sản xuất xăm lốp đã cải tiến công nghệ và ngành công nghiệp ô tô đánh giá được những lợi ích tiềm tàng của việc sử dụng bánh lốp bơm hơi với áp suất cao. Không biết chính xác được hiệu quả thực sự của bánh lốp bơm hơi với áp suất cao là gì; song các kỹ sư mặt đường và những người thiết kế cần phải dự báo được những thay đổi có thể ảnh hưởng đến cường độ mặt đường. Nói tóm lại, các thông tin đáng tin cậy liên quan đến lượng ESAL tích lũy là rất quan trọng để xác định các yêu cầu của kết cấu mặt đường cho cả mặt đường làm mới lẫn cải tạo. Liên tục quan trắc lưu lượng giao thông trên các tuyến đường đã lựa chọn để so sánh, tải trọng đã dự báo với tải trọng thực tế là những thông tin cực kỳ quan trọng và có ý nghĩa quyết định để có thể đưa ra được một thiết kế đáng tin cậy.
Theo dự định thì trong chương 9 và chương 11 sẽ xem xét đến những vấn đề không lường trước được khi ước tính lưu lượng giao thông, những người thiết kế phải sử dụng cách ước tính tốt nhất không cần điều chỉnh theo cách hiểu của họ về độ chính xác của các thông tin đó. Đã có sự chuẩn bị trong việc xử lý độ tin cậy để điều tiết những ảnh hưởng tổng thể do sai khác trong việc dự báo tải trọng trục xe tích lũy và các hệ số khác có liên quan đến thiết kế và quá trình phục vụ. 3.3. NHỮNG HẠN CHẾ Với trình độ hiểu biết hiện nay chỉ có rất ít thông tin sẵn có thể xác định mức độ ảnh hưởng của sự lão hóa tới, quá trình phục vụ thông qua chỉ số phục vụ hiện tại (PSI) hoặc số lần tác dụng tải trọng trục xe. Ở đây cần nhiều thông tin có liên quan đến ảnh hưởng tổng hợp của xe cộ và sự lão hóa của mặt đường trong quá trình phục vụ của đường. Các thông tin như thế đã được phát triển, do đó có thể mô phỏng mô hình phục vụ. Tuy nhiên, tiêu chuẩn này không trực tiếp đánh giá về những ảnh hưởng của sự lão hóa. Việc đánh giá các nhân tố lão hóa đồng thời với tải trọng trục xe đơn tương đương (ESAL) phải được ưu tiên cao cho việc quan trắc dài hạn sự làm việc của mặt đường. Một số các khái niệm mới đã được đưa vào tiêu chuẩn này như độ tin cậy, các hệ số thoát nước, việc sử dụng môđun đàn hồi để tính hệ số các lớp, ước tính tuổi thọ còn lại để tính toán lớp phủ, và phương pháp NDT để xác định môđun đàn hồi tại hiện trường. Các tài liệu dựa trên quan sát thực tế hiện trường theo các khái niệm này còn hạn chế; tuy vậy chúng đều dựa trên những đánh giá bao quát theo trình độ hiểu biết hiện nay. 3.4. CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Đối với đường phố, tải trọng xe chủ yếu là do các loại xe dịch vụ, xe buýt và xe tải chở hàng. Giá trị tải trọng tương đương của mỗi loại xe nói chung không được xác định rõ ràng. Khi áp dụng tiêu chuẩn này vào thiết kế đường đô thị thì phải cố gắng thu thập được các thông tin về tải trọng trục thực tế cũng như tần suất hoạt động của các xe điển hình trên các tuyến đường này. Nếu làm được điều này, thì tiêu chuẩn này có thể được sử dụng với mức độ tin cậy đã định. 3.5. PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY 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. QUY ĐỔI DÒNG XE HỖN HỢP SANG TẢI TRỌNG TRỤC ĐƠN TƯƠNG ĐƯƠNG (ESAL) 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. Bảng 3.2. Các hệ số tương đương của tải trọng trục đối với mặt đường mềm, trục đơn và Pt bằng 2.0 Tải trọng Chỉ số kết cấu mặt đường (SN) trục xe (kips) 1 2 3 4 5 6 2 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 4 0,002 0,003 0,002 0,002 0,002 0,002
6 0,009 0,012 0,011 0,010 0,009 0,009 8 0,030 0,035 0,036 0,033 0,031 0,029 10 0,075 0,085 0,090 0,085 0,079 0,076 12 0,165 0,177 0,189 0,183 0,174 0,168 14 0,325 0,338 0,354 0,350 0,338 0,331 16 0,589 0,598 0,613 0,612 0,603 0,596 18 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 20 1.61 1.59 1.56 1.55 1.57 1.59 22 2.49 2.44 2.35 2.31 2.35 2.41 24 3.71 3.62 3.43 3.33 3.40 3.51 26 5.36 5.21 4.88 4.68 4.77 4.96 28 7.54 7.31 6.78 4.62 6.52 6.83 30 10.4 10.0 9.2 8.6 8.7 9.2 32 14.0 13.5 12.4 11.5 11.5 12.1 34 18.5 17.9 16.3 15.0 14.9 15.6 36 24.2 23.3 21.2 19.3 19.0 19.9 38 31.1 29.9 27.1 24.6 24.0 25.1 40 39.6 38.0 34.3 30.9 30.0 31.2 42 49.7 47.7 43.0 38.6 37.2 38.5 44 61.8 59.3 53.4 47.6 45.7 47.1 46 76.1 73.0 65.6 58.3 55.7 57.0 48 92.9 89.1 80.0 70.9 67.3 68.6 50 113 108 97 86 81 82 1 kip = 4.5kN. Bảng 3.3. Các hệ số tương đương của tải trọng trục đối với mặt đường mềm, trục đơn và Pt bằng 2,5 Tải trọng Chỉ số kết cấu mặt đường (SN) trục xe (kips) 1 2 3 4 5 6 2 .0004 .0004 .0003 .0002 .0002 .0002 4 .003 .004 .004 .003 .002 .002 6 .011 .017 .017 .013 .010 .009 8 .032 .047 .051 .041 .034 .031 10 .078 .102 .118 .102 .088 .080 12 .168 .198 .229 .213 .189 .176 14 .328 .358 .399 .388 .360 .342 16 .591 .613 .646 .645 .623 .606
18 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 20 1.61 1.57 1.49 1.47 1.51 1.55 22 2.48 2.38 2.17 2.09 2.18 2.30 24 3.69 3.49 3.09 2.89 3.03 3.27 26 5.33 4.99 4.31 3.91 4.09 4.48 28 7.49 6.98 5.90 5.21 5.39 5.98 30 10.3 9.5 7.9 6.8 7.0 7.8 32 13.9 12.8 10.5 8.8 8.9 10.0 34 18.4 16.9 13.7 11.3 11.2 12.5 36 24.0 22.0 17.7 14.4 13.9 15.5 38 30.9 28.3 22.6 18.1 17.2 19.0 40 39.3 35.9 28.5 22.5 21.1 23.0 42 49.3 45.0 35.6 27.8 25.6 27.7 44 61.3 55.9 44.0 34.0 31.0 33.1 46 75.5 68.8 54.0 41.4 37.2 39.3 48 92.2 83.9 65.7 50.1 44.5 46.5 50 112 102 79 60 53 55 1 kip = 4.5kN. 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 (Pt) 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. Bảng 3.4. Tính toán yếu tố tải trọng xe tải cho các xe tải có 5 hoặc lớn hơn 5 trục với hệ số kết cấu SN = 5 và Pt = 2.5 Hệ số tải trọng tương Tải trọng trục đơn Tải trọng trục xe Số trục đương tương đương 18 kip Các trục đơn P = 2,5 SN = 5 Dưới 3,000 0,0002 x 0= 0,000 3,000 – 6,999 0,0050 x 1= 0,005
7,000 – 7,999 0,0320 x 6= 0,192 8,000 – 11,999 0,0870 x 144= 12,528 12,000 – 15,999 0,3600 x 16= 5,760 26,000 – 29,999 5,3890 x 1= 5,3890 Nhóm trục đôi Dưới 6,000 0,0100 x 0= 0,000 6,000 – 11,993 0,0100 x 14= 0,140 12,000 – 17,999 0,0110 x 21= 0,924 18,000 – 23,999 0,1480 x 44= 6,512 24,000 – 29,999 0,4260 x 42= 17,892 30,000 – 32,000 0,7530 x 44= 33,132 32,001 – 32,500 0,8850 x 21= 18,585 32,501 – 33,999 1,0020 x 101= 101,202 34,000 – 35,999 1,2300 x 43= 52,890 Tải trọng trục đơn 18 kip đối với tất cả = 255,151 Tổng tải trọng được cân sau khi chuyển về 18 kip 255.151 Yếu tố tải trọng xe tải = = = 1.5464 Số xe tải đã được cân 165 1 kip = 4.5 kN Bảng 3.5. Biểu tính toán số lần tác dụng của tải trọng trục đơn tương đương (ESAL) Vị trí Thời kỳ phân tích = ___ Năm Trị số kết cấu SN hoặc D = ___ Lượng xe Tỷ lệ tăng Lượng xe ESAL Yếu tố Loại xe hiện tại trưởng thiết kế thiết kế ESAL (D) (A) xe (B) (C) (E) Xe khách Ôtô buýt Xe tải quảng cáo và tải nhẹ Các xe tải 2 trục – 4 bánh Các xe tải 2 trục – 6 bánh Các xe tải 3 hoặc nhiều hơn 3 trục Tổng các xe tải đơn Sơ mi moóc 3 trục kéo theo Sơ mi moóc 4 trục kéo theo Sơ mi moóc 5 trục kéo theo Tổng các sơ mi moóc kéo theo Moóc kép 5 trục
Moóc kép 6 trục Tổng các xe moóc kép Moóc tải 3 trục Moóc tải 4 trục Moóc tải 5 trục Tổng các moóc tải Tổng số ESAL thiết kế Bảng 3.6. Các hệ số tải trọng trục tương đương dùng ở Việt Nam Các yếu tố đối với xe tải quốc Loại xe Các đường chính khác lộ Xe khách 0.001 0.001 Ôtô buýt 0.56 0.98 Xe tải đơn Xe 2 trục 4 bánh 0.002 0.002 Xe 2 trục 6 bánh 0.21 0.26 Xe 3 trục và lớn hơn 0.71 1.05 Tổng các xe đơn 0.06 0.08 Sơ mi moóc kéo theo ≤ 4 trục 0.72 1.14 = 5 trục 1.80 1.80 ≥ 6 trục 1.58 2.03 Tổng các xe có moóc 1.30 1.80 Tổng các xe tải 0.70 0.42 1. Mô phỏng từ những số liệu của Cục cầu đường toàn liên bang Mỹ trong khoảng từ (Lf/L80)4 4.5 đến (L1/L80) và được sửa đổi theo điều kiện Việt Nam. 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. Bảng 3.7. Các hệ số tăng trưởng xe * Thời kỳ Tỉ lệ tăng trưởng hàng năm g (%) phân Số tăng tích 2 4 5 6 7 8 10 (năm) trưởng 1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 2 2,0 2,02 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,10 3 3,0 3,06 3,12 3,15 3,18 3,21 3,25 3,31 4 4,0 4,12 4,25 4,31 4,37 4,44 4,51 4,64 5 5,0 5,20 5,42 5,53 5,64 5,75 5,87 6,11 6 6,0 6,31 6,63 6,80 6,98 7,15 7,34 7,72
7 7,0 7,43 7,90 8,14 8,39 8,65 8,92 9,49 8 8,0 8,58 9,21 9,55 9,90 10,26 10,64 11,44 9 9,0 9,75 10,58 11,03 11,49 11,98 12,49 13,58 10 10,0 10,95 12,01 12,58 13,18 13,82 14,49 15,94 11 11,0 12,17 13,49 14,21 14,97 15,78 16,65 18,53 12 12,0 13,41 15,03 15,92 16,87 17,89 18,98 21,38 13 13,0 14,68 16,63 17,71 18,88 20,14 21,50 24,52 14 14,0 15,97 18,29 19,16 21,01 22,55 24,21 27,97 15 15,0 17,29 20,02 21,58 23,28 25,13 27,15 31,77 16 16,0 18,64 21,82 23,66 25,67 27,89 30,32 35,95 17 17,0 20,01 23,70 25,84 28,21 30,84 33,75 40,55 18 18,0 21,41 25,65 28,13 30,91 34,00 37,45 45,60 19 19,0 22,84 27,67 30,54 33,76 37,38 41,45 51,16 20 20,0 24,30 29,78 33,06 36,79 41,00 45,76 57,28 25 25,0 32,03 41,65 47,73 54,86 63,25 73,11 98,35 30 30,0 40,57 56,08 66,44 79,06 94,46 11,28 164,49 35 35,0 49,99 73,65 90,32 111,43 138,24 172,32 271,02 l g a 1 * Hệ số , trong đó g = tỉ lệ tăng trưởng /100 ≠ 0, nếu tỉ lệ tăng trưởng hàng năm g bằng 0 thì hệ số tăng trưởng bằng thời kỳ phân tích. Ghi chú: Hệ số tăng trưởng nói trên được nhân với số lượng xe tính được ở năm đầu tiên sẽ được tổng lượng xe trong suốt thời kỳ phân tích. Từ các số liệu giao thông sẵn có, số xe khách (5,925) đưa vào cột A, tiếp theo đó là số xe buýt (35). Dùng tổng số xe đếm được để cân bằng số liệu đầu vào của cột A, chỉ dùng dữ liệu của năm hiện tại. Đối với ví dụ này, 1,135 xe tải (xe pickup), 3 xe tải 2 trục/4 bánh, 372 xe tải 2 trục/6 bánh v.v được đưa vào cho kín cột A. Bằng 3.6 đưa ra các tiêu chuẩn để lựa chọn giá trị cho cột B. Tỉ lệ tăng trưởng 2% ước tính cho xe khách và xe buýt cũng như cho xe tải không rơ moóc. 4% cho xe kéo bán rơ moóc và rơ moóc và 5% cho xe rơ moóc kép. Kinh nghiệm trước đây cho thấy những ước tính này là thông thường. Bằng cách sử dụng các hệ số tăng trưởng phù hợp đưa ra trong cột B, và nhân cột A với cột B sau đó nhân tiếp với 365 để biến chúng thành số hàng năm ta được cột C. Cuối cùng, bằng cách nhân số ở cột C với giá trị ở cột D thì ra cột E. Tính tổng của cột E thì ra tổng giá trị ESAL 80kN. Qua ước tính thì tổng số ESAL thiết kế hiện nay là 53,7 triệu, nhiều hơn khoảng 23% nếu tỉ lệ tăng trưởng toàn bộ giới hạn ở mức 2%. Nếu giả thiết tăng tỉ lệ tăng trưởng lên 4% cho xe khách và xe tải không có rơ moóc và 6% cho xe bán rơ moóc và xe kéo rơ moóc, 7% cho xe rơ moóc kép thì tổng tải trọng trục đơn tương đương là 66.4 triệu, hay nói cách khác tăng khoảng 50% so với kết quả của ví dụ đầu tiên. Nếu giả thiết là đường ô tô ngoài đô thị có 4 làn xe và các hệ số phân chia theo hướng và làn tương ứng là 0.5 và 0.9, ước tính giao thông theo làn thiết kế được tính như sau: 0.5 x 0.9 x 53,726,060 = 24,176,727 80kN ESAL 3.7. NHỮNG ĐIỂM CHÍNH RÚT RA TỪ CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN
Vị trí của đường trong ví dụ này là một đường ô tô ngoài thành phố với lưu lượng xe/ngày đêm trung bình là 10.193. Gồm có 58% xe khách, 30% xe tải chở hàng, và 12% xe tải hạng nhẹ và xe buýt. Trong các nghiên cứu tải trọng xe gần đây của thực tế hoạt động của các xe cộ trên đường đã đưa ra được các giá trị ESAL của xe khách và xe buýt tăng lên bằng cách dùng hệ số tải trọng tương đương cho mỗi loại xe lấy từ thực nghiệm đường của AASHTO. Khi dùng tỉ lệ tăng trưởng xe ở mức thấp là 2% mỗi năm cho toàn bộ dòng xe tham gia giao thông thì có khoảng 44 triệu 18-kip ESAL sẽ được áp dụng cho đường. Việc tăng tỉ lệ tăng trưởng từ 2% đến 4 hoặc 5% áp dụng cho các loại xe khác với xe tải đơn (xe tải nặng hơn) sẽ làm tăng tổng ESAL lên tới khoảng 54 triệu, tức là tăng khoảng 23%. Bằng cách tăng mạnh hơn tỉ lệ tăng trưởng lên 4% cho xe hạng nhẹ. 7% cho các xe nặng hơn thì tổng tải trọng trục đơn tương đương 18-kip (ESAL) sẽ khoảng 66 triệu, tăng 52% so với khi tỉ lệ tăng trưởng là 2%. Thật thú vị ghi nhận rằng ở mức tăng trưởng vừa phải từ 2% đến 5%, với xe tải bán rơ moóc được ước tính mức tăng trưởng 4% thì chỉ cần một loại xe thôi đã có thể gây ra sai khác khoảng 26.000 của 80kN ESAL được khi tính từ lượng xe hàng ngày. Cũng như vậy, với xe tải 5 trục hoặc xe bán rơ moóc lớn hơn chiếm khoảng 18% dòng xe, nhưng ước tính chiếm 90% ESAL. Thậm chí khi mức tăng trưởng là 6% thì loại xe này sẽ tăng lên 21% trong tổng số xe sử dụng đường trong thời kỳ phân tích, và vẫn chiếm 90% ESAL. Những người thiết kế nên điều tra xem mức tăng trưởng khác nhau của các loại xe khác nhau có phù hợp không. Bảng 3.8. Ví dụ về cách tính ESAL 80kN cho dòng xe hỗn hợp Tỷ lệ tăng Lượng xe Yếu tố ESAL thiết Loại xe trưởng thiết kế (C) ESAL (D) kế (E) xe (B) 2% Xe khách 5,925 24,30 52,551,787 .0008 42,011 Ôtô buýt 35 24,30 310,433 .6806 211,280 2% .0122 Xe tải quảng cáo và tải nhẹ 1,135 24,30 10,066,882 .0052 122,816 Các xe tải 2 trục – 4 bánh 3 24,30 26,609 .1890 138 Các xe tải 2 trục – 6 bánh 372 24,30 3,299,454 .1303 623,597 Các xe tải 3 hoặc nhiều hơn 3 trục 34 24,30 301,563 39,294 Tổng số các xe tải đơn 4% Sơ mi moóc 3 trục kéo theo 19 29,78 206,524 .8646 178,561 Sơ mi moóc 4 trục kéo theo 49 29,78 532,615 .6560 349,396 Sơ mi moóc 5 trục kéo theo 1,880 29,78 20,435,036 2.3719 48,469,861 Tổng số cho các sơ mi moóc kéo theo 5% Moóc kép 5 trục 103 33,06 1,242,891 2.3187 2,881,891 Moóc kép 6 trục 0 Tổng các xe moóc kép 4% Moóc tải 3 trục 208 29,78 2,260,898 .0152 34,366
Moóc tải 4 trục 305 29,78 3,315,259 .0152 50,392 Moóc tải 5 trục 125 29,78 1,358,713 .5317 722,427 Tổng số các moóc tải Tổng số cho các xe 10,193 95,908,664 ESAL 53,726,060 thiết kế CHƯƠNG 4. ĐẤT NỀN ĐƯỜNG 4.1. GIỚI THIỆU Hầu hết các loại đất được đầm nén đều có xu hướng trương nở khi bị thấm nước. Khi đất trương nở và chứa nước, khả năng chịu tải giảm. Mức độ trương nở do tăng độ ẩm và giảm độ chặt bị hạn chế bởi tải trọng bản thân của các lớp vật liệu kết cấu mặt đường đặt trên nền đất. Khi áp lực do tải trọng của vật liệu bên trên và các lực trương nở của đất bằng nhau thì việc trương nở bị ngưng lại và cường độ không bị giảm nữa. Sau đó đất ở trong trạng thái bất ổn nhất với áp lực do tải trọng bản thân của các lớp kết cấu mặt đường nằm ở trên. Theo các điều kiện này, chiều dày và cường độ thiết kế của các kết cấu phải đủ để bảo vệ nền đất tránh được biến dạng không đều hay trượt do tải trọng động của xe cộ. Hơn nữa chiều dày của các lớp kết cấu mặt đường cần có áp lực bản thân đủ lớn để ngăn ngừa sự giãn nở tiếp tục dẫn đến giảm độ ổn định. Tính chất quyết định của vật liệu đặc trưng cho cường độ đất nền đường là mô đun đàn hồi (MK). Mô đun đàn hồi là số đo đặc tính đàn hồi của đất thừa nhận các đặc tính phi tuyến nào đó. Mô đun đàn hồi có thể được dùng trực tiếp để thiết kế mặt đường mềm, nhưng phải chuyển đổi sang một hệ số nền (giá trị k) khi thiết kế mặt đường cứng và mặt đường hỗn hợp. Cách đo trực tiếp phản lực nền có thể được thực hiện nếu các bước tiến hành được cơ quan thiết kế chấp nhận. Mô đun đàn hồi đã được chọn dùng là vì các lý do sau đây: (1) Nó biểu thị đặc tính cơ bản của vật liệu dùng trong phân tích cơ học của hệ nhiều lớp để dự đoán độ gồ ghề, nứt, lún, đứt gãy v.v (2) Phương pháp xác định MR được mô tả trong phương pháp thí nghiệm của AASHTO T292. (3) Nó đã được công nhận trên toàn thế giới như là một phương pháp để biểu thị đặc tính vật liệu dùng trong thiết kế và đánh giá mặt đường. (4) Hiện đã có kỹ thuật để xác định giá trị MR của các vật liệu khác nhau bằng thí nghiệm không phá hoại tại hiện trường (NDT). Sử dụng sơ đồ Hình 9.3 để xác định mô đun đàn hồi hữu hiệu đất nền đường là rất hữu ích ở Việt Nam. Điều này cũng là một vấn đề cần nghiên cứu trong tương lai ở Việt Nam. Dễ thấy rằng thiết bị để thực hiện thí nghiệm mô đun đàn hồi có thể đôi lúc không có. Vì thế nhiều hệ số thích hợp đã được công bố để có thể tính MR từ CBR tiêu chuẩn, từ các kết quả thí nghiệm loại đất hay từ các giá trị khác. Sự phát triển các hệ số này được rút ra dựa trên các mối tương quan đã nghiên cứu. Một điều cần phải nhấn mạnh là Bộ GTVT nên có các thiết bị cần thiết để đo MR. Trong bất kỳ trường hợp nào thì công tác thiết kế quy hoạch thực nghiệm tỷ mỉ là cần thiết để thu được các mối tương quan xác thực. Danh sách các loại đất, độ bão hòa và độ chặt phải được đưa vào trong chương trình thí nghiệm để xác định các ảnh hưởng chính. Hướng dẫn để chuyển đổi CBR thành MR đã được thảo luận trong chương này. Các mối tương quan này sẽ được dùng để tính MR trong công tác thiết kế mặt đường, cho đến khi thiết lập được các giá trị hệ số chuyển đổi trên toàn quốc. Heukelom và Klomp đã đưa ra mối tương quan giữa giá trị CBR của hội các kỹ sư Mỹ (sử dụng đầm nén động) và mô đun tại hiện trường của đất. Mối tương quan được đưa ra bằng quan hệ dưới đây: Mk (psi) = 1,500 x CBR (1 psi = 6,9 kPa)
Số liệu mà từ đó mối tương quan này được triển khai ra nằm trong khoảng từ 750 đến 3.000 lần CBR. Quan hệ này đã được những người thiết kế và các nhà nghiên cứu sử dụng rộng rãi và được xem là hợp lý đối với đất hạt mịn có CBR ngậm nước là ≤ 10. Giá trị CBR phải tương ứng với độ chặt yêu cầu tại hiện trường. Việc thảo luận này đã tổng hợp các ước tính về việc quy đổi CBR thành mô đun đàn hồi cho đất nền đường. Hình 4.1 cho phép người thiết kế tìm thấy mối tương quan của các phương pháp khác nhau về đo cường độ đất. Có hàng loạt các mối tương quan khác nhau để quy đổi CBR thành MR. Bảng tổng kết các mối tương quan này theo các điều kiện phù hợp được nêu tại phụ lục D. Việc thi công lớp nền đất dưới đáy áo đường phải được cân nhắc cẩn thận vì nó liên quan đến cường độ của mặt đường. Để cải thiện độ tin cậy tổng thể của thiết kế thì cần phải xem xét các yêu cầu về đầm lèn. Đối với các điều kiện trung bình, không cần thiết phải quy định các yêu cầu đặc biệt về đầm lèn. Tuy nhiên trong một vài trường hợp người thiết kế nêu yêu cầu các sửa đổi trong quy định kỹ thuật cho phù hợp. Tiêu chuẩn cơ bản về đầm nén đất nền ở đáy áo đường phải là yêu cầu độ chặt thích hợp. Quy trình kiểm tra phải đầy đủ để đảm bảo đạt được độ chặt quy định trong qui trình thi công. Nếu vì lý do nào đó mà yêu cầu đầm đất cơ bản không đạt thì kỹ sư thiết kế phải điều chỉnh lại MR thiết kế cho thích hợp. Các loại đất có độ trương nở hay đàn hồi vượt quá mức thì cần được xem xét cẩn thận. Có một giải pháp đó là rải lên trên nền đất này một lớp vật liệu chọn lọc với chiều dày vừa đủ để khắc phục các ảnh hưởng có hại do sự trương nở hay đàn hồi. Đất trương nở có thể được cải tạo bằng cách đầm ở độ ẩm lớn hơn độ ẩm tối ưu từ 1-2%. Nếu đất được xác định là trương nở mạnh thì phải xem xét đưa ra các biện pháp thiết kế và thi công đặc biệt. Các phương án thiết kế thay thế dùng để xử lý đất trương nở là:
Hình 4.1. Toán đồ tương quan để đánh giá mô đun đàn hồi đất nền đường (a) Xử lý đất trương nở bằng vôi hay các chất phụ gia khác để giảm độ nở trong môi trường ẩm, hoặc (b) thay thế vật liệu nở bằng một vật liệu không nở tới một độ sâu nào đó, để đến độ sâu ấy độ ẩm theo mùa gần như là không đổi, hoặc (c) đưa ra các kết cấu bên trên với chiều dày vừa đủ để chống lại áp suất trương nở bằng áp suất tải trọng bản thân, hoặc (d) sử dụng thi công theo 2 giai đoạn bằng cách đặt một kết cấu mỏng để lớp vật liệu ở dưới có thể nở ra và ổn định trước khi rải lớp bù vênh và các lớp mặt, hoặc (e) làm ổn định hàm lượng ẩm bằng cách giảm tối thiểu lượng nước chảy qua lớp mặt và lớp thoát nước dưới lớp mặt và dùng một loại màng không thấm nước (ví dụ vải địa kỹ thuật hoặc màng mỏng átphan tráng cau su), hoặc (f) đặt lại hướng tuyến của dự án sang vùng có điều kiện đất thích hợp hơn. Cách xử lý (a), (b), (c), (d) cần được áp dụng thận trọng vì độ nở của đất quá lớn ngoài ý muốn đã xuất hiện ở một số dự án được áp dụng các phương pháp này. Cách xử lý (e) được coi là giải pháp xử lý tốt nhất nếu phương pháp đặt lại hướng tuyến không khả thi.
Những vấn đề do đất có hàm lượng hữu cơ cao liên quan đặc biệt đến bản chất chịu nén của chúng và càng nghiêm trọng khi các lớp đất này không đồng nhất về đặc tính hoặc độ sâu. Các lớp đất hữu cơ trầm tích cục bộ hoặc nằm không sâu được đào bỏ đi và thay thế bằng vật liệu đắp thích hợp là kinh tế nhất. Các vấn đề xảy ra liên quan đến các lớp đất trầm tích nằm sâu hơn và khả năng trương nở cao hơn được xử lý bằng cách đắp lớp đất gia tải để nền cố kết trước, đôi khi bằng các biện pháp đặc biệt làm thoát nhanh nước nhanh để thúc đẩy việc cố kết. Các biện pháp đặc biệt đối với các loại đất không bình thường là: xới đất, đầm lại đất, xử lý lớp trên của đất nền đường bằng một hỗn hợp phụ gia thích hợp; dùng các loại đất phù hợp hơn (lựa chọn hoặc lấy ở mỏ đất); đào sâu hơn ở các đoạn đào và đắp một lớp đồng nhất bằng vật liệu chọn lọc ở cả đoạn đào cũng như ở đoạn đắp; hoặc điều chỉnh chiều dày lớp móng dưới tại các chỗ chuyển tiếp từ loại đất này sang một loại đất khác. Mặc dù các bước thiết kế dựa trên giả thiết rằng các biện pháp sẽ được thực hiện để thoát nước lớp mặt và lớp dưới lớp mặt, một vài trường hợp đòi hỏi chú ý đặc biệt khi thiết kế và thi công hệ thống thoát nước. Thoát nước đặc biệt quan trọng ở những chỗ các dòng chảy mạnh bị chặn lại (ví dụ: suối, lạch ), những chỗ có tuyết phủ, hoặc những chỗ mà khi hàm lượng nước tăng thì đất rất để bị trương nở hoặc giảm cường độ. Công trình thoát nước dưới lớp mặt có thể gồm cả các lớp phụ bằng vật liệu thấm nước để ngăn hoặc thu nước, lắp đặt ống thoát nước để thu và dẫn nước. Công trình thoát nước mặt đặc biệt có thể đòi hỏi các kết cấu như: rãnh, rãnh lát đáy và hố thu nước. Các loại đất nền đường nhất định gây nên những vấn đề khó khăn trong thi công. Đó là các loại đất dễ dàng dịch chuyển dưới tác động của máy móc thi công mặt đường, các loại đất sét ướt không thể đầm được khi độ ẩm cao vì dễ bị lún trồi khi lu lèn và đòi hỏi phải mất nhiều thời gian để làm khô đất để đạt tới độ ẩm thích hợp. Các biện pháp xử lý khi thi công là: ● trộn thêm vật liệu hạt vào. ● thêm các phụ gia thích hợp vào cát để tăng độ kết dính. ● thêm các phụ gia thích hợp vào sét để làm khô nhanh hoặc tăng cường độ chống cắt và rải một lớp bằng vật liệu chọn lọc thích hợp hơn để tạo ra một mặt nền làm việc khi thi công mặt đường. Nếu đất không trương nở, MR thiết kế dựa trên giả thiết trước là có một số thời gian đất sẽ bão hòa nước trong quá trình phục vụ. Giả thiết này dẫn đến cường độ thấp nhất của đất chắc chắn sẽ xảy ra trong thời gian này. Việc sử dụng hệ thống thoát nước tốt ở đáy áo đường và ở các lớp kết cấu sẽ làm giảm thiểu thời gian đất có cường độ thấp do ngập nước. Một hệ thống thoát nước tốt trong phần kết cấu đã nêu trong mục 6.2 và 6.3 sẽ giảm thiểu các hư hại của kết cấu do nước gây nên. Giá trị mô đun đàn hồi của đất nền dùng để thiết kế kết cấu mặt đường thông thường dựa vào các đặc tính của lớp đất đã đầm nén. Trong một vài trường hợp cần thiết phải xem xét đến việc nền không đầm nén được nếu vật liệu tại hiện trường đặc biệt yếu. Cần phải ghi nhớ rằng việc thiết kế kết cấu mặt đường theo cuốn tiêu chuẩn này là dựa trên giá trị MR trung bình. Mặc dù độ tin cậy đã tính đến được những thay đổi của nhiều nhân tố gắn liền với thiết kế, nó được xử lý bằng cách điều chỉnh lưu lượng giao thông thiết kế. Lượng xe thiết kế là tải trọng trục đơn tương đương 80 kN được dự tính trong suốt thời kỳ thiết kế. Kỹ sư thiết kế không được chọn giá trị MR thiết kế chỉ dựa trên các tiêu chuẩn tối thiểu hoặc theo các tiêu chuẩn quá an toàn vì điều này sẽ dẫn đến sự an toàn trong thiết kế vượt xa độ an toàn theo các hệ số độ tin cậy. 4.2. XÁC ĐỊNH MR THIẾT KẾ Các giá trị MR hay CBR của đất cần cho dự án được đưa vào Báo cáo Vật liệu. Thay đổi đáng kể về các giá trị này trong phạm vi một dự án là điều phổ biến. Vì giá trị MR thiết kế phải được lựa chọn để thiết kế kết cấu, nên điều quan trọng là phải biết được phạm vi quy định của vật liệu bởi các thí nghiệm khác nhau. Vì sự thay đổi lớn của các loại vật liệu và nền trầm tích có trong phạm vi dự án là rất phổ biến nên việc thiết lập các quy tắc nhanh và cứng nhắc đối với việc lựa chọn một giá trị MR thiết kế là
không thực tế. Việc cung cấp một hệ thống thoát nước hiệu quả như đã được thảo luận ở Chương 6, cho phép người thiết kế linh hoạt hơn trong việc lựa chọn MR thiết kế. Việc đánh giá dựa vào kinh nghiệm nên được làm để đảm bảo chắc chắn “việc thiết kế đã được cân nhắc” một cách hợp lý, và sẽ tránh được chi phí vượt quá do an toàn quá mức. Những thiết kế đã làm chỉ nên được sử dụng như là những chỉ dẫn của việc thực hiện tốt hay kém. Nếu phạm vi của MR là nhỏ hoặc hầu hết các giá trị đều ở trong một phạm vi hẹp với một vài giá trị cao hơn không đáng kể, thì MR thấp nhất nên được lựa chọn cho thiết kế kết cấu. Tuy nhiên, MR thấp nhất không nên nhất thiết chi phối việc thiết kế kết cấu trên toàn chiều dài của các dự án lớn. Nếu có một số ít các giá trị MR thấp và chúng chỉ đại diện cho khối lượng tương đối nhỏ của đất nền hoặc chỉ tập trung tại một diện tích nhỏ thì có thể quy định chỉ sử dụng vật liệu này dưới đáy của nền đường đắp hoặc ở những phần taluy bên ngoài giới hạn kết cấu mặt đường. Thông thường gia cố vôi trên các đoạn ngắn có thể cho hiệu quả về chi phí. Các thí nghiệm tiến hành tại Mỹ đã chỉ ra rằng việc sử dụng vải địa kỹ thuật có thể cho phép người thiết kế chọn một giá trị MR cao hơn trong thiết kế kết cấu mặt đường ở những vị trí mà đất nền đường có thể thay đổi và những khu vực cá biệt có giá trị MR vật liệu thấp (< 725KPa). Rải vải địa kỹ thuật dưới kết cấu mặt đường sẽ nâng cao chất lượng lớp nền bằng cách lấp các khu vực đất yếu và ngăn cách các hạt mịn ở nền yếu phía dưới chui lên vật liệu chất lượng tốt của lớp móng dưới hay lớp móng trên. Ở những nơi cấu tạo địa chất và các loại đất thay đổi dọc theo dự án thì việc thiết kế nhiều loại kết cấu mặt đường để hiệu chỉnh các chênh lệch lớn trong MR có thể cho hiệu quả về kinh tế. Tuy nhiên cần phải đặc biệt chú ý tránh các thay đổi lớn trong thiết kế kết cấu mà thực tế có thể làm tăng chi phí xây dựng, chi phí vượt quá cả mức chi phí do tiết kiệm vật liệu. 4.3. ĐẤT ĐẮP Đất đắp tại chỗ hay chuyển từ bên ngoài vào được dùng để bù vào sự thiếu hụt khối lượng vật liệu đào ra khi xây dựng nền đường. MR của vật liệu đào của dự án thường được quy định như MR tối thiểu của đất đắp. Khi đất đắp đảm bảo chất lượng nhưng không kinh tế hay khi toàn bộ công tác đất là đắp đất, giá trị MR yêu cầu cho đất đắp là MR thiết kế. Vì không có yêu cầu trị số MR tối thiểu cho đất đắp tại chỗ trong tiêu chuẩn thi công, nên MR tối thiểu phải được quy định từ điều khoản đặc biệt (SP) cho lớp vật liệu được rải trong phạm vi 1,2m kể từ cao độ thiết kế. 4.4. LU LÈN Tiêu chuẩn thi công yêu cầu hệ số đầm nén đạt 95% (đầm nén cải tiến của AASHTO) với độ sâu tối thiểu 200mm kể từ bề mặt nền xuống và hệ số đầm nén 98% cho các lớp móng trên và móng dưới không xử lý. Không nên dùng điều khoản đặc biệt để sửa đổi yêu cầu này. Ngoài ra, tiêu chuẩn thi công còn yêu cầu hệ số đầm nén không nhỏ hơn 95% với độ sâu 800mm kể từ cao độ thiết kế xuống trong khoảng bề rộng làn xe và các làn đường phụ cộng thêm mỗi bên 1m. Quy định này đôi khi được thay bằng các quy định đặc biệt, việc này được chứng minh ở mục 2.1 (3). Các lý do để thay là: (a) Một phần của đường địa phương đang được thay thế bằng một kết cấu tốt hơn. (b) việc xây dựng lại từng phần theo chiều sâu được quy định, hoặc (c) di chuyển các thiết bị, cấu kiện ngầm còn sử dụng được, hoặc, (d) các dự án mở rộng tạm thời được yêu cầu cho đường có lưu lượng xe thấp, các làn rẽ trong nút giao thông hay làn đỗ xe trong đường thành phố. Các vị trí áp dụng quy định đặc biệt cần phải chỉ rõ trên mặt cắt ngang điển hình. Chiều sâu đầm nén 800 mm phải được thực hiện cho phạm vi phần xe chạy hoặc các làn phụ của các quốc lộ. CHƯƠNG 5. LỚP MÓNG DƯỚI VÀ MÓNG TRÊN 5.1. GIỚI THIỆU Các đặc điểm của lớp móng dưới và móng trên khác nhau mà được sử dụng trong kết cấu sẽ được thảo luận trong chương tiếp theo. Nhìn chung, các lớp móng dưới và móng trên này có thể
được sử dụng với các tổ hợp khác nhau để thiết kế các kết cấu kinh tế nhất cho một dự án riêng biệt. Các kết cấu tiêu chuẩn được dùng cho mặt đường bê tông xi măng poóc lăng (PCCP) bằng cách kết hợp lớp móng trên và móng dưới theo kiểu lựa chọn. Các loại cốt liệu có xử lý và không được xử lý khác nhau có khả năng chống lại các lực do xe cộ gây ra khác nhau. Các cường độ thay đổi hay cường độ tương đối ổn định này được cân nhắc khi tính toán chiều dày kết cấu bằng các chọn một hệ số lớp thích hợp trong quá trình thiết kế như thảo luận trong chương 9. Vì việc thiết kế mặt đường là một lĩnh vực liên tục phát triển nên phần tiếp theo dây không có nhằm quy định vật liệu hay phương pháp mới có thể được sử dụng. 5.2. LỚP MÓNG DƯỚI BẰNG CẤP PHỐI ĐÁ ĐĂM (AS) Lớp móng dưới bằng cấp phối (AS) thường được xem là bộ phận thấp nhất của mọi kết cấu vì nó thường dẫn đến thiết kế kinh tế nhất. Nó có thể gồm nhiều hơn một lớp. Nếu đất nền đường có MR > 69000 kPa hoặc (CBR > 10) hay khi kết quả thiết kế cho chiều dày lớp móng dưới mỏng thì phải cân nhắc để hủy bỏ lớp móng dưới và thiết kế lớp móng trên dày hơn. Quyết định này thường dựa trên mục tiêu chi phí ban đầu thấp nhất, khi hai thiết kế tương đương về kết cấu. Nơi có bố trí một lớp vật liệu thấm nước ở dưới toàn bộ chiều rộng của kết cấu để thoát nước dưới bề mặt thì lớp thấm nước được xem như là lớp móng dưới trong tính toán thiết kế. 5.3 LỚP MÓNG TRÊN BẰNG CẤP PHỐI ĐÁ DĂM (AB) Các lớp móng cấp phối không được xử lý có thể được dùng dưới lớp mặt bê tông atphan khi cân nhắc về kinh tế. Khi móng cấp phối không được xử lý được sử dụng với lớp mặt AC, việc sử dụng nó thay thế cho lớp móng thấm nước được xử lý (TPB) phải tuân theo Mục 6.2(3). Nó có thể được dùng dưới lớp TPB nhưng bề mặt của nó cần được gia cố bằng lớp nhựa thấm bám. 5.4. LỚP MÓNG TRÊN VÀ LỚP MÓNG DƯỚI ĐƯỢC GIA CỐ Nhựa, xi măng poóc lăng, hỗn hợp xi măng poóc lăng và vật liệu Puzolan, vôi, và các loại xi măng hay chất gia cố khác có thể được kết hợp với cốt liệu được lựa chọn hoặc đất hay các vật liệu ở địa phương để cải thiện tính ổn định và cường độ của các thành phần chịu tải của kết cấu. Việc sử dụng các vật liệu này phụ thuộc vào một loạt các biến số bao gồm, chi phí tương đối, khả năng sẵn có vật liệu, các loại vật liệu tự nhiên, điều kiện môi trường, dự báo giao thông, các tiêu chuẩn đã có và thực tế sử dụng. Nhựa hay xi măng có thể được dùng để cải tạo cốt liệu chất lượng thấp dùng để làm lớp móng trên hoặc lớp móng dưới. Loại và hàm lượng của chất gia cố cần sử dụng được xác định sau khi thí nghiệm các vật liệu và so sánh về chi phí với vật liệu cấp phối tiêu chuẩn không được xử lý. 5.5. LỚP MÓNG TRÊN XỬ LÝ BẰNG XI MĂNG (CTB) Lớp móng trên xử lý bằng xi măng thường chỉ áp dụng với mặt đường atphalt và được quy định thành 2 loại dưới đây: (a) CTB loại A bao gồm cốt liệu trộn với xi măng dù để tạo ra lớp móng trên với cường độ khá lớn của tấm. CTB loại A được dùng trực tiếp dưới AC để đảm bảo tăng cường độ dưới tác dụng của các xe tải nặng hoặc rải trực tiếp dưới lớp TPB. (b) CTB loại B gồm có cốt liệu với MR không nhỏ hơn 125000 KPa được trộn với một lượng xi măng vừa đủ để tăng MR sao cho không nhỏ hơn 240000 KPa. Cả CTB loại A và CTB loại B đều có thể dùng với mặt bê tông atphan để tăng khả năng chịu tải và độ bền của nó. Vì cường độ của loại A và tính ổn định cao của loại B mà việc sử dụng một trong hai loại này là cách tiết kiệm nhất đối với toàn bộ móng cấp phối vì giảm được chiều dày yêu cầu của lớp móng. CTB có thể trộn tại trạm trộn hoặc trộn tại chỗ. Ưu tiên trộn tại trạm trộn còn tại chỗ chỉ cho phép khi khối lượng nhỏ. Khi sử dụng phương pháp trộn tại chỗ, phải chứng minh tính hợp lý trong báo cáo thiết kế địa chất và báo cáo vật liệu. Khi dùng cát không dính làm móng dưới và trên là lớp móng xử lý xi măng thì cần phải có một “lớp công tác” là lớp móng dưới bằng cốt liệu, móng trên bằng cốt liệu hay cốt liệu gia cố, “lớp công tác” này thường dày từ 75 mm đến 105 mm thích hợp để làm mặt bằng thi công lớp móng xử lý bằng xi măng. “lớp công tác” được xem như là vật liệu cho lớp móng dưới trong thiết kế.
5.6. MÓNG BÊ TÔNG NGHÈO (LCB) Móng bê tông nghèo được sử dụng để làm một lớp móng cứng hơn và ít bị xói mòn hơn CTB loại A truyền thống, dùng bên dưới PCCP. Việc sử dụng LCB làm giảm ảnh hưởng các tác động phụt và bị đứt đoạn trong PCCP. LCB là một hỗn hợp bê tông được trộn cốt liệu với một nửa hàm lượng xi măng của bê tông thông thường. Ưu điểm của LCB so với CTB là: (a) LCB có cường độ dài hạn lớn hơn CTB. (b) Cùng một kiểu thiết bị rải như dùng để rải PCCP có thể dùng loại LCB. (c) LCB có thể được thi công với cao độ chính xác hơn, và (d) Điều quan trọng nhất, bề mặt LCB cứng hơn và ít bị ăn mòn để rồi gây ra đứt đoạn mà thường tạo ra hiện tượng cập nhật kênh khi xe tải chạy trên bề mặt PCCP. 5.7. MÓNG BÊ TÔNG NHỰA (ACB) Mặc dù thường được nhắc tới như là một hạng mục riêng, móng bê tông nhựa (ACB) là một loại bê tông nhựa cấp phối chặt được trộn ở trạm trộn thường được dùng cho lớp mặt, ngoại trừ cấp phối thô hơn để có thể làm tăng độ ổn định ACB được gọi là loại A hoặc loại B, phụ thuộc vào chất lượng của cốt liệu. Loại A cơ bản là đá xay có tính ổn định cao hơn loại B. Khi dùng với mặt bê tông atphan (ACP), ACB được xem như là một phần của lớp mặt. Hệ số lớp của ACB được ấn định là hệ số lớp của phần còn lại của AC trong kết cấu. 5.8. MÓNG XỬ LÝ THẤM NƯỚC (TPB) Móng xử lý thấm nước (TPB) là hỗn hợp của cấp phối đá xay thô chất lượng cao và vật liệu kết dính. Vật liệu kết dính có thể là atphan hoặc là xi măng poóc lăng. Việc quyết định dùng lớp móng thấm nước được xử lý bằng atphan hay lớp móng thấm nước được xử lý bằng xi măng phải được dựa trên sự cân nhắc về kinh tế và tính sẵn có của vật liệu là chủ yếu. Sự lựa chọn thường là do quyết định của kỹ sư mặt đường về ACP. TPB cung cấp lớp thoát nước tốt trong kết cấu. Móng thấm nước trải rộng thêm về một bên là 0.3 kể từ mép ngoài của mặt đường ở phía cao đến mép ngoài của rãnh thoát nước bên phía thấp của kết cấu xem hình 6.2 A. Lớp TPB là một phần gắn liền với kết cấu và đáp ứng tất cả hoặc một phần chức năng cường độ thông thường được đòi hỏi của lớp móng. 5.9. MÓNG DƯỚI XỬ LÝ VÔI (LTS) Một số loại đất, khi được xử lý bằng vôi, sẽ hình thành hỗn hợp dính kết tạo nên một loại vật liệu cường độ tương đối cao. Khi hỗn hợp dính kết có cường độ chịu nén nở hông tự do (UCS) khoảng 2,75 MPa hoặc lớn hơn, như đã được xác định. Nó có thể thay thế lớp móng dưới một cách thỏa đáng và tiết kiệm. Đối với đường ít xe thì đất xử lý vôi cũng có thể làm lớp móng trên đúng như yêu cầu. CHƯƠNG 6. THOÁT NƯỚC KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG 6.1. GIỚI THIỆU Nói chung những hư hỏng xảy ra sớm trên cả hai loại mặt đường cứng và mặt đường mềm là do các xa tải trọng nặng chạy qua khi kết cấu mặt đường đang ở tình trạng bão hòa nước. Sự bão hòa nước của kết cấu hay vật liệu móng nằm ở dưới hoặc cả hai nói chung sẽ gây nên việc giảm cường độ hoặc giảm khả năng chịu các tải trọng trục xe tải nặng. Các vấn đề tiềm ẩn được kết hợp với sự bão hòa nước của kết cấu và lớp nền gồm có các hiện tượng cập kênh, sự giãn nở khác nhau (trương nở) của đất nền, tính xói mòn và mao dẫn của vật liệu mịn tạo ra các lỗ rỗng làm tổn thất khả năng chịu lực của lớp nền, sự bong bật của các cốt liệu bê tông asphalt và quá trình oxy hóa gia tăng của chất kết dính asphalt. Thoát nước nhanh khỏi kết cấu là rất cần thiết và nói chung phụ thuộc vào toàn bộ hệ thống thoát nước chủ động. 6.2. THOÁT NƯỚC KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM
Tổng quát. Nước có thể thâm nhập vào mặt đường mềm do nước mặt thấm qua các vết nứt, các khe nối, thấm qua lớp bê tông asphalt, và do nước ngầm thoát ra từ tầng ngậm nước bị chặn lại, do mực nước ngầm cao hay do các dòng chảy bị chặn lại. Sự bão hòa nước hoặc sự có mặt của nước sẽ làm giảm cường độ chịu lực hay năng lực chịu tải của lớp móng được xử lý nằm bên dưới lớp AC. Điều này xảy ra do độ võng bị tăng lên dưới tải trọng bánh xe nặng, dẫn đến sự rạn nứt kết cấu và hiện tượng cập kênh thúc đẩy hư hỏng do mỏi của AC. Cả hai nguồn nước đã đề cập nên được xem xét và phải tìm ra giải pháp cho cả hai. Lưu lượng từ nguồn nước mặt tính được cộng với lưu lượng từ nguồn nước ngầm dự tính bằng tổng lưu lượng thoát đi của hệ thống thoát nước. Hệ thống thoát nước phần kết cấu được thiết kế để thoát hết lượng nước bề mặt, nói chung tách khỏi hệ thống thoát nước ngầm mà được thiết kế để thoát nước ngầm. Lượng nước ngầm dự tính có thể được xác định bằng cách kết hợp giữa điều tra hiện trường, các kỹ thuật phân tích và các phương pháp toán đồ. Một phương pháp phân tích để dự tính lượng nước bề mặt được thảo luận ở mục 6.2(3). Báo cáo thiết kế địa kỹ thuật hay báo cáo vật liệu của dự án sẽ cung cấp các thông tin thích đáng và những ghi chú về nước ngầm và nước mặt. Phần còn lại của mục này liên quan đến hệ thống thoát nước kết cấu mặt đường mềm mà được yêu cầu phải thoát hết nước mặt đã thấm vào kết cấu mặt đường. (1) Các bộ phận thoát nước và những vấn đề xem xét có liên quan đến thiết kế. Thoát nước nhanh phần kết cấu mặt đường là cần thiết để giảm thiểu thời gian kết cấu bị bão hòa nước. Điều này có thể đạt được một cách tốt nhất bằng cách rải lớp thoát nước bằng vật liệu có tính thấm cao nằm dưới toàn bộ chiều rộng mặt đường trong thời gian thi công ban đầu. Các bộ phận chính của hệ thống thoát nước kết cấu mặt đường mềm là: (a) Một lớp thoát nước bằng vật liệu có tính thấm cao. (b) Hệ thống thu nước. (c) Cửa thoát nước, lỗ thấm nước và thiết bị làm sạch. (2) Lớp thoát nước. Một lớp thoát nước gồm có hoặc là lớp móng thấm nước được xử lý bằng asphalt (ATPB) dày 75mm hoặc lớp móng thấm nước được xử lý bằng xi măng (CTPB) dày 105mm nên được xem xét để rải ngay bên dưới lớp mặt AC ngăn ngừa nước mặt thâm nhập vào kết cấu. Ngoại trừ ở các vùng có lượng mưa trung bình hàng năm rất thấp (< 125 mm) hoặc ở những nơi đất nền thoát nước tự do (khả năng thấm nước lớn hơn 3.53 x 10-4m/s). Lớp thoát nước được kéo dài về hai phía với khoảng cách 0.3m tính từ mép ngoài đường xe chạy của bên lề cao đến mép của rãnh thu nước bên lề thấp. Mặt cắt AC điển hình với lớp móng xử lý thấm (TPB) được chỉ ra ở hình 6.1 A. Khi có vấn đề liên quan đến sự thâm nhập của nước mặt có thể làm bão hòa và làm mềm lớp móng dưới hoặc cả lớp nền (cả trong quá trình thi công hay khi đang được sử dụng) thì nên sử dụng lớp nhựa láng hay lớp màng mỏng phù hợp. Lớp nhựa hay lớp màng này được rải lên trên lớp móng trên, lớp móng dưới hay lớp nền để ngăn sự xói mòn vật liệu nằm dưới. Cả lớp ATPB tiêu chuẩn dày 75mm hoặc lớp CTPB dày 105mm nói chung sẽ cho khả năng thoát nước lớn hơn lượng nước phải thoát yêu cầu dưới mặt đường AC. Chiều dày tiêu chuẩn dựa chủ yếu vào năng lực thi công với một khoảng bù vào dung sai bề dày khi thi công. Bằng cách kết hợp thống nhất các điều kiện, ví dụ ở những nơi tỷ lệ thấm vượt quá 15mm/h và mặt đường rất rộng (≥ 4 làn xe với 1 độ dốc ngang), trình tự sau đây có thể dùng để xác định chiều dày lớp cần thiết. Nếu vật liệu khác loại ATPB hay CTPB với khả năng thấm nước khác nhau được sử dụng với các điều kiện như trên, thì cần phải kiểm tra xem chiều dày đã đủ chưa. Lượng ước tính của nước mặt sẽ thấm vào mặt AC (lưu lượng Q tính bằng m3/s/m của lòng đường). Có thể xác định theo phương trình: Q = IW/3,6 x 106 Trong đó: W – chiều rộng (tính bằng m) của lớp thoát nước thông thường được đo thẳng góc với tim đường; I – hệ số thấm tính bằng mm/h.
Nếu số liệu về lượng mưa ở địa phương có sẵn tại hiện trường nơi thực thi dự án thì có thể dựa vào phương trình sau để xác định hệ số thấm “I”: I = (0,33) (cường độ mưa tính theo giờ thiết kế) Chiều dầy yêu cầu, t (mm) của lớp thoát nước có thể tính bằng phương pháp sau: t = 1000Q ks Trong đó: k – khả năng thấm của vật liệu đã sử dụng trong lớp thoát nước (m/s) (0,0529m/s đối với ATPB, và 0,014 m/s đối với CTPB) và s – độ dốc ngang mặt đường (m/m) Trước hết, cộng thêm 25 mm được thêm vào chiều dày lớp thấm nước được tính toán để bù cho việc có thể nhiễm bẩn và dung sai cho phép trong thi công, sau đó tổng chiều dài sẽ được xác định bằng cách làm tròn gần đến 15mm. (3) Hệ thống thu nước. Nên lắp đặt trong rãnh thu dọc theo đường một ống nhựa đường kính 80mm có khoan lỗ như hình 6.1A. Trong khu vực có độ dốc dọc bằng hoặc lớn hơn 4%, nên đặt các thiết bị để thoát nước ngang nhanh, như hình 6.1 B, khoảng cách giữa các ống thoát nước ngang bằng 150m. Điều này sẽ hạn chế khoảng cách rò rỉ dọc trong lớp thoát nước, vì thế mà giảm được thời gian thoát nước xuống mức tối thiểu và ngăn chặn được sự hình thành của áp suất thủy tĩnh dưới lớp mặt AC. Rãnh thoát nước ngang phải được làm dốc để thoát nước.Ngoài ra thoát nước ngang phải được làm tại đầu thấp của TPB như hình 6.1B. Nên chú ý để phối hợp việc thoát nước ngang với hệ thống thoát nước dọc của kết cấu mặt đường. Các lớp thoát nước tại những nút giao thông và cầu vượt có thể yêu cầu các rãnh thu nước phụ, đường ống và cửa thoát nước để đảm bảo thoát nước nhanh cho kết cấu. Chiều rộng của rãnh thu nước dọc tiêu chuẩn là 0,3m được sử dụng trong xây dựng mới để phù hợp với việc lu lèn và cố kết của vật liệu có tính thấm nước (TPM) dọc theo và ở trên ống nhựa đường kính 80mm có khoan lỗ. Các đoạn cong hay siêu cao của đường có thể tạo ra những chỗ lõm ở phía bụng đường cong, nơi nước tập trung lại mà không thể thoát đi. Việc điều chỉnh độ dốc dọc là cần thiết để loại bỏ các vị trí lõm này. Khi độ dốc ngang siêu cao bắt đầu thoát nước qua TPB sang phía bên đường thấp, thì rãnh biên tại phía cao của đoạn siêu cao này không cần thiết nữa. Ngược lại, lúc chuyển siêu cao sang mái dốc ngang bình thường của đường thì phải bố trí rãnh biên để bắt đầu thu nước chảy về phía thấp ban đầu của mặt đường. (4) Ống thoát nước: Cửa thoát của ống nhựa (không có lỗ khoan) phải đảm bảo một khoảng cách thích hợp đối với hệ thống thoát nước phần kết cấu mặt đường để thoát nước tự do. Khoảng cách của các cửa thoát (gồm cả lỗ thoát và thiết bị làm sạch) nên hạn chế khoảng 60m. Rãnh để đặt ống thoát nước phải được lấp lại bằng vật liệu có tính thấm thấp hoặc được bố trí tường ngăn hoặc màng chắn để ngăn chặn việc tắc cống. Cửa thoát nước phải lộ và hở ra và được nối với các cống và kết cấu thoát nước hay được đổ vào rãnh thoát nước. Ở phần dưới đầu lộ thiên của cửa thoát nước hở nên bố trí một khối chắn nước hay được lát để tránh xói mòn và cây cỏ mọc gây tắc dòng chảy từ cửa thoát. Gần đến cửa thoát và khi khoảng cách giữa các cửa ra vượt quá khoảng cách tối đa là 75 m phải bố trí thiết bị làm sạch. Nên bố trí để dễ dàng dọn dẹp hệ thống thoát nước nước kết cấu mặt đường. Các chi tiết điển hình được nêu ra trong các bản vẽ tiêu chuẩn cho cửa thoát nước bên và các chi tiết cửa ra. Đầu cuối của mỗi ống thoát nên được đánh dấu với ký hiệu thích hợp để thuận tiện xác định vị trí và nhận dạng với các mục đích bảo dưỡng và làm giảm các nguy cơ hư hỏng có khả năng xảy ra do các phương tiện giao thông. (5) Các thiết bị chắn thoát nước ngang. Khi sử dụng TPB, cần chú ý đặc biệt tới các chi tiết thoát nước ở bất kỳ nơi nào mà nước chảy trong lớp TPB bắt gặp lớp mặt đường không thấm, một tấm giảm chấn đầu cầu, tấm tà vẹt, neo ở cuối mặt đường hoặc khe giảm ứng suất. Trong mọi trường hợp nêu trên cần bố trí một thiết bị chắn thoát nước ngang, chi tiết của thiết bị chắn thoát nước ngang tại các vị trí khác nhau cho trong hình 6.1. Các cửa thoát nước ngang nên được nối với các chỗ thu nước dọc lề và hệ thống cửa ra cần dự tính các lối đi để làm vệ sinh trong quá trình duy tu sửa chữa.
Những điều cần xem xét khi thiết kế phần kết cấu mặt đường. Trình tự thiết kế mặt đường mềm thông thường như đã trình bày trong mục 8.4 được tuân thủ để xây dựng kết cấu mặt đường AC có kết hợp lớp thoát nước để điều tiết tính thấm của bề mặt. Chiều dày tiêu chuẩn 75mm được sử dụng cho lớp ATPB. Chiều dày tiêu chuẩn 105mm được sử dụng cho lớp CTPB. Vì độ cứng tương đối của chúng, không có giá trị MR nào được dự định cho ATPB hoặc CTPB và việc thiết kế được vận dụng cùng một cách thức như đã mô tả cho lớp CTB loại A trong trình tự thiết kế kết cấu, xem mục 8.4 (6).1 Mặt cắt AC điển hình có lớp thoát nước TPB Ghi chú 1. Hình biểu diễn một nửa mặt cắt của đường có phân chiều xe chạy. Thu nước một bên và hệ thống thoát nước ra nhờ độ dốc ngang 2 mái. 2. Hình này chỉ có ý thể hiện chi tiết mặt cắt kết cấu mặt đường, chi tiết mặt cắt ngang hình học xem chương 8. Hình 6.1. Chi tiết thoát nước cho mặt đường mềm xây mới CHƯƠNG 7. SỰ LỰA CHỌN LOẠI MẶT ĐƯỜNG CHO XÂY DỰNG MỚI 7.1. GIỚI THIỆU 1 ATPB: lớp móng xử lý nhựa có tính chất thấm nước. CTPB: lớp móng xử lý xi măng có tính thấm nước.
Hai loại mặt đường thường được xem xét để xây dựng mới là mặt đường cứng và mặt đường mềm, điển hình là mặt đường bê tông xi măng Poóc lăng (PCCP) và mặt đường bê tông atphan (ACP). Không có công thức hoặc thủ tục cụ thể nào trả lời rõ ràng là loại mặt đường nào thích hợp nhất. Hơn nữa vì lý do các điều kiện vật lý và ảnh hưởng của các nhân tố khác thay đổi đáng kể từ vị trí này sang vị trí khác nên các dự án phải được nghiên cứu một cách riêng rẽ. Do đó người thiết kế phải cân nhắc những yếu tố được miêu tả dưới đây, đưa ra các giả thiết nhất định và sử dụng những đánh giá kỹ thuật trên cơ sở những kiến thức tốt nhất sẵn có khi xác định loại mặt đường. Bất kể yếu tố nào mà khống chế việc lựa chọn loại mặt đường phải được ghi chép trong hồ sơ lưu trữ của dự án. Sự so sánh kinh tế chi tiết của các loại mặt đường phải được thực hiện như những thảo luận ở phần sau. Những trường hợp ngoại lệ không phải so sánh được cho phép theo những điều kiện sau: ● Những nơi mặt đường hiện tại sẽ được mở rộng hoặc làm lớp phủ mặt bằng vật liệu tương tự như mặt đường cũ. ● Những nơi chiều dài mặt đường mới ít hơn 6.5 km một làn xe. ● Những nơi phần xe chạy cho phép ngập lụt định kỳ thì nên để xuất sử dụng mặt đường bê tông xi măng. ● Những nơi mà không hợp lý về kinh tế để định vị trí và xây dựng đường do đó mà hiện tượng lún và trương nở không đều sẽ được loại bỏ, thì ở đó buộc phải sử dụng mặt đường bê tông atphan. ● Những đoạn ngắn liên kết giữa các đường bộ có cùng loại mặt đường với nhau. Khi không thực hiện so sánh kinh tế chi tiết thì phải trình bày nguyên nhân đầy đủ trong bản trình loại mặt đường, như trong Chương 2. 7.2. XÁC ĐỊNH LOẠI MẶT ĐƯỜNG Khi lựa chọn loại mặt đường cần xem xét các yếu tố sau: Các yếu tố chính: ● Giao thông. ● Các đặc trưng của các loại đất. ● Thời tiết. ● Biện pháp xây dựng. ● Tái sinh mặt đường. ● So sánh giá thành. Thứ tự các yếu tố trong danh mục trên không mang một ý nghĩa nào cả. Những yếu tố này cần được cân nhắc và ghi chép cụ thể ở trong tất cả các văn bản chấp thuận dự án. Các yếu tố thứ yếu thích hợp và nên được cân nhắc bao gồm: ● Sự làm việc của các loại mặt đường tương tự trong khu vực của dự án. ● Khu vực quanh vùng mặt đường hiện tại, ● Việc bảo tồn các nguồn vật liệu và năng lượng, ● Sự có sẵn các loại vật liệu địa phương hoặc năng lực của các nhà thầu, ● An toàn giao thông và an toàn lao động, ● Kết hợp của các dạng mặt đường thử nghiệm,
● Khuyến khích cạnh tranh, và ● Ưu tiên các khu đô thị, ưu tiên sự tham gia của chính quyền địa phương và công nhận nền công nghiệp địa phương. Mặt khác phải xem xét có thể ảnh hưởng đến quyết định cuối cùng là có sự khống chế cao độ như là rào phân cách giữa thiết bị thoát nước, tĩnh không hai bên và tĩnh không theo chiều đứng, và các kết cấu có thể giới hạn thiết kế mặt cắt cấu trúc hoặc các kế hoạch cải tạo. Việc lựa chọn loại mặt đường nên xem xét các đặc trưng phụ này ảnh hưởng như thế nào đến mặt cắt kết cấu mặt đường. Việc thiết kế xây dựng đường mới hoặc là kế hoạch cải tạo phải giảm tối thiểu nguy hiểm và an toàn tối đa cho các lực lượng xây dựng, duy tu và thiết bị của họ. Sau khi xem xét các yếu tố chủ yếu khác nhau và các hạng mục cụ thể khác có liên quan với dự án được nghiên cứu, thì các kết cấu lựa chọn phải tiếp tục được phân tích. Một khi các kết cấu được lựa chọn thì phải phân tích kinh tế hoàn chỉnh. Nếu việc phân tích chi tiết không được yêu cầu theo mục 7.1 thì vẫn phải hoàn thành việc phân tích kém toàn diện hơn. Phân tích này là cơ sở để xem xét các thành phần của mặt cắt kết cấu mặt đường kinh tế nhất trong số các phương án lựa chọn khác nhau. Nếu việc phân tích kinh tế chi tiết được yêu cầu thì phải theo trình tự trong mục 7.3. Điều quan trọng phải lưu ý là không chỉ các nhà kinh tế quyết định việc chọn lựa kết cấu cuối cùng hoặc các thành phần phương án của chúng. Sau khi phân tích tất cả các thông tin có sẵn, các kết cấu mới hoặc kế hoạch cải tạo được lựa chọn và đệ trình theo Chương 2. 7.3. PHÂN TÍCH KINH TẾ 7.3.1. CHI PHÍ CHU TRÌNH TUỔI THỌ CỦA DỰ ÁN (LCC) (gọi tắt là chi phí chu trình dự án). Điều cần thiết trong việc đánh giá kinh tế là tập hợp tất cả các chi phí xuất hiện trong suốt thời gian tuổi thọ của dự án. Khi so sánh kinh tế không phải lúc nào người thiết kế mặt đường cũng chú ý cẩn thận hoặc thậm chí hiểu được điều này bởi vì những so sánh thường được làm trong một thời kỳ thiết kế cố định bằng nhau. Vì thế người thiết kế đã cho rằng những so sánh về chi phí ban đầu đã đầy đủ cho việc nghiên cứu kinh tế. Điều này không đúng và để nhấn mạnh cho sự cần thiết của việc phân tích chi phí hoàn chỉnh giá thành thì thuật ngữ “chi phí chu trình dự án” đã được hình thành và sử dụng cho một đường vào khoảng năm 1970. Chi phí chu trình dự án liên quan tới tất cả các chi phí (và trong ý nghĩa đầy đủ, còn có tất cả các lợi ích) nó bao gồm sự dự phòng của mặt đường trong toàn bộ chu trình dự án. Chi phí này dĩ nhiên bao gồm chi phí xây dựng, chi phí duy tu, chi phí cải tạo v.v Chi phí này cũng yêu cầu xem xét đến thời gian sử dụng của mặt đường. Lớp xử lý bề mặt bitum có thể được 7 – 10 năm trong khi mặt đường đắt tiền như là ACP trên lớp nền vững chắc có thể được 25 năm. Người ta đề nghị một giai đoạn phân tích chung cho mục đích so sánh các phương án. Trong giai đoạn này có thể được yêu cầu xây dựng lại nhiều lần cho một loại mặt đường này và chỉ yêu cầu có một lớp phủ thôi trên mặt đường khác. Vì tất cả các chi phí này không xuất hiện cùng một thời gian nên phải xác định lượng tiền sử dụng đề đầu tư tại một thời điểm cố định (thông thường là khi bắt đầu dự án) và phải kiếm đủ tiền với một lãi suất cụ thể cho phép thanh toán tất cả các chi phí chúng xuất hiện. Vì vậy lãi suất hoặc giá trị thời gian của tiền trở nên quan trọng trong các tính toán. Khi đó “Các chi phí chu trình dự án” là một thuật ngữ được tạo ra để thu hút sự chú ý đặc biệt thực tế rằng việc phân tích kinh tế hoàn chỉnh và có cập nhật là cần thiết nếu phải so sánh các phương án với nhau một cách xác thực và chính xác. Các so sánh kinh tế của chu trình dự án phải được thực hiện giữa các loại kết cấu mặt đường được lựa chọn cho việc chấp thuận xây dựng. Kết cấu mặt đường đã được lựa chọn trong khi so sánh kinh tế phải được đưa vào trong kế hoạch cuối cùng trừ khi một sự xem xét tiếp theo lại được chấp thuận. Trong trường hợp này cần viết một bản ghi nhớ ngắn căn cứ vào tài liệu gốc, nói rõ các chi tiết thay đổi, nguyên nhân thay đổi, và chi phí chu kỳ dự án đã tính lại. 7.3.2. CÁC ĐỊNH NGHĨA LIÊN QUAN TỚI PHÂN TÍCH KINH TẾ
Các định nghĩa được chia làm hai loại: các khái niệm hoặc các hằng số phân tích kinh tế và đặc trưng giao thông đường bộ. Những định nghĩa này đã được đơn giản hóa trong một số trường hợp sử dụng với các dự án mặt đường. 7.3.2.1. Đường bộ/ Đặc trưng giao thông Chi phí đầu tư đường bộ hoặc các thiết bị phục vụ. Tổng đầu tư được yêu cầu để chuẩn bị cải tạo đường nâng cao phục vụ bao gồm thiết kế và giám sát kỹ thuật, giải phóng hành lang đường, xây dựng, các thiết bị điều khiển giao thông (Biển báo, tín hiệu.v.v ), và cảnh quan. Chi phí bảo dưỡng đường. Là chi phí để giữ cho đường và các thiết bị phụ trợ ở trong điều kiện có thể sử dụng được. Bao gồm cả các thay đổi trong chi phí quản lý có thể phân bổ cho một công tác cải tạo đường nhất định. Chi phí người sử dụng đường. Là tổng số của: (1) chi phí vận hành xe, (2) Giá trị của thời gian hành trình và (3) Chi phí tai nạn giao thông. Chi phí vận hành xe. Chi phí vận hành mỗi km của các loại xe ô tô, xe tải và các loại phương tiện cơ giới khác trên đường bao gồm các phí tổn về nhiên liệu, dầu nhớt, lốp xe, bảo dưỡng và sự khấu hao của phương tiện tính cho mỗi km vận hành của phương tiện. Các chi phí điều hành và sở hữu mà không liên quan đến số km sử dụng không được tính vào chi phí vận hành xe, như là chi phí giấy phép lưu hành, phí đỗ xe, bảo hiểm, khấu hao của phương tiện phụ thuộc thời gian và các chi phí khác không sử dụng đường. Giá trị thời gian hành trình. Là thời gian hành trình xe nhân với đơn giá bình quân của thời gian. Thời gian hành trình của phương tiện. Là tổng số giờ xe đã chạy của mỗi loại phương tiện. Đơn giá thời gian. Là giá trị quy cho 1 giờ hành trình, thường khác nhau đối với xe khách và xe tải. Chi phí tai nạn giao thông. Là chi phí cho tai nạn của phương tiện giao thông cơ giới, thường tính bằng cách nhân suất tai nạn được dự báo với chi phí bình quân của mỗi tai nạn. Chi phí người sử dụng. Là tổng chi phí của người sử dụng đường. Lợi ích người sử dụng. Là những mối lợi, đặc lợi, và/hoặc việc giảm bớt chi phí tập trung vào những người sử dụng phương tiện giao thông đường bộ (tài xế hoặc chủ sở hữu) thông qua việc sử dụng những công trình giao thông cụ thể đã được xây dựng so sánh với việc sử dụng công trình khác. Với mặt đường ở mức độ dự án là sự so sánh giữa hai loại mặt đường với nhau. Lợi ích thường được xác định qua việc giảm chi phí người sử dụng. 7.3.2.2. Các khái niệm hoặc các hằng số phân tích kinh tế Chi phí tăng. Sự thay đổi thực trong chi phí tính bằng đô la có thể quy trực tiếp cho quyết định hoặc đề xuất đưa ra được so sánh với phương án khác (có thể là tính huống hiện tại hoặc là phương án “không làm gì”). Định nghĩa này bao gồm cả sự giảm chi phí mà kết quả là sự “tăng âm” chi phí hoặc tương đương với tăng lợi ích. Thí dụ nếu hiện tại chưa làm gì, tức là không chi tiêu (đầu tư) và đề xuất cải thiện cụ thể yêu cầu chi 1 triệu đô la thì sự tăng chi phí vốn là 1 triệu đô la. Một cách khác nếu chúng ta so sánh hai phương án cải thiện A và B, phương án A chi phí 1 triệu đô la và phương án B 3 triệu đô la thì tăng chi phí của dự án B so với A sẽ là 2 triệu đô la. Một ví dụ khác, nếu chi phí người sử dụng hiện tại tương ứng với phương tiện đường đã có là 100 đô la mỗi 1000 km chạy xe và do kết quả của việc cải thiện đường chi phí người sử dụng là 80 đô la cho mỗi 1000 km chạy xe thì sự tăng chi phí đơn vị sử dụng sẽ là trừ 20 đô la cho mỗi 1000km chạy xe (tương đương với lợi ích 20 đô la mỗi 1000 km chạy xe). Chỉ số những chi phí liên quan đến quyết định đã được đưa ra là sự tăng chi phí tương lai, trái với giảm chi phí quá khứ, chúng không liên quan đến các quyết định trong tương lai. Giá trị hiện tại (Present value-PV). Là một khái niệm kinh tế miêu tả sự chuyển đổi của số lượng xác định chi phí hoặc lợi ích xuất hiện trong những thời đoạn khác nhau sang một lượng tại một thời điểm (thường là hiện tại). Một tên khác của giá trị hiện tại là “Giá hiện tại”. Thuật ngữ “giá trị hiện tại ròng” (NPV) đặt cho giá trị hiện tại tích lũy ròng của hàng loạt các chi phí và lợi ích
kéo dài quá thời hạn. Thuật ngữ này được bắt nguồn từ việc áp dụng cho mỗi chi phí hoặc lợi ích trong hàng loạt các chiết khấu thích hợp, chuyển đổi các chi phí hoặc lợi ích sang giá trị hiện tại. Hai việc xem xét liên quan làm cơ sở cần thiết để tính toán các giá trị hiện tại: (1) Sự thật tiền có khả năng thực sự để kiếm được lãi theo thời gian (được hiểu là giá trị thời gian của tiền) do hiệu suất và sự khan hiếm của nó và (2) là sự cần thiết trong việc nghiên cứu kinh tế để so sánh hoặc để cộng lại phí tổn tăng lên hoặc tiết kiệm tiền trong các thời đoạn khác nhau. Chi phí (hoặc lợi ích) đều đặn hàng năm tương đương. Chi phí (hoặc lợi ích) đều đặn hàng năm mà tương đương trong suốt thời gian phân tích, của tất cả số chi tiêu tăng hoặc chi phí phải chịu trong một dự án (hoặc lợi ích được nhận từ dự án). Chi phí hàng năm tương đương (hoặc lợi ích) là dạng tương phản của giá trị hiện tại. Đó là giá trị hiện tại của hàng loạt giống nhau của các chi phí hàng năm tương đương bằng giá trị hiện tại các chi tiêu của dự án. Suất chiết khấu (lãi suất, giá trị thời gian của tiền). Con số tính bằng % - thường được thể hiện như là một tỉ lệ hàng năm – miêu tả lãi suất tiền tệ có thể được thừa nhận cho cả giai đoạn của thời gian phân tích. Cơ quan nhà nước, ví dụ quyết định chi tiền cải tạo quốc lộ thì sẽ mất cơ hội đầu tư tiền này cho những nơi khác. Tỉ lệ mà lượng tiền này được đầu tư ở những nơi khác đôi khi được biết như là “cơ hội chi tiêu của vốn” và là suất chiết khấu thích hợp sử dụng trong các nghiên cứu kinh tế. Có thể sử dụng các yếu tố chiết khấu vốn được xem như một chức năng của suất chiết khấu và quãng thời gian liên quan đến hiện tại để chuyển đổi các chi phí và lợi ích định kỳ của một dự án sang giá trị hiện tại hay dựa vào chi phí đều đặn hằng năm tương đương. Tuy nhiên tính lợi ích bằng đồng đô la không đổi và sử dụng lãi suất của thị trường là điều sai lầm vì tỉ lệ hoàn vốn của thị trường bao giờ cũng có khoản tính bù cho lạm phát. Do vậy, nếu chi phí và lợi ích tương lai được tính bằng đô la cố định, chỉ nên tính chi phí thực của vốn trong suất chiết khấu được dùng. Suất chiết khấu này được coi như số tích lũy cuối mỗi năm, trừ khi có quy định cụ thể khác. Số tiền mặt 100 đô la bây giờ tương đương với số tiền 110 đô la sau một năm với suất chiết khấu 10%, con số đó sẽ là 121 đô la vào cuối năm thứ hai và 259.37 đô la vào cuối năm thứ 10. Tương ứng như vậy, cam kết chi tiêu 259.37 đô la ở cuối năm thứ mười, có giá trị hiện tại là 100 đô la khi bị chiết khấu 10%. Thời kì phân tích. Là khoảng thời gian (thường là số năm) được chọn cho việc xem xét và nghiên cứu lợi ích và chi phí gia tăng trong việc phân tích kinh tế. Năm cuối cùng việc xây dựng thường được gọi là năm 0. Những năm sau đó được gọi là năm 1, năm 2 và tiếp theo. Các dự án đòi hỏi xây dựng theo giai đoạn vượt quá 4 hoặc 5 năm, khi có thể, sẽ phải phân chia thành các dự án riêng biệt cho các giai đoạn riêng biệt (lợi ích riêng biệt có thể được xác định cho mỗi giai đoạn). Khi không được phép, năm cuối cùng của công việc xây dựng cho giai đoạn chính đầu tiên sẽ sử dụng như là năm 0. Các vốn chi tiêu trước đó sẽ phải đưa vào giá trị tương đương hiện tại ở năm 0. Giá trị còn lại hoặc tiết kiệm. Là giá trị của đầu tư hoặc vốn chi tiêu còn lại tại cuối giai đoạn nghiên cứu hoặc phân tích. Dự án. Là bất kỳ thành phẩm tương đối độc lập của việc cải tạo đường đã đề nghị. Theo định nghĩa này, những khâu độc lập của việc đề xuất cải tạo lớn có thể được đánh giá riêng biệt. Khi xem xét phương án cải tạo xây dựng, các dự án riêng biệt có thể được xác định. Các phương án của dự án. Bất kỳ sự thay đổi nào đối với kế hoạch dự án cơ bản mà (1) đưa đến các chi phí khác biệt đáng kể, (2) dẫn đến các mức độ khác biệt đáng kể mức độ phục vụ hoặc yêu cầu hoặc (3) kết hợp các vị trí tuyến đường khác nhau hoặc các đặc trưng thiết kế đặc biệt khác nhau ví dụ như là loại lớp mặt đường. 7.4. CÁC HƯỚNG DẪN SO SÁNH KINH TẾ CHUNG So sánh kinh tế của kết cấu mặt đường cần được dựa trên cơ sở toàn bộ chi phí chu trình dự án. Những hướng dẫn chung sau đây nên được sử dụng: (a) Những kết cấu mặt đường được so sánh nên được chỉ ra bằng các bản sơ họa mà khối lượng có thể tính toán và kiểm tra được.
(b) Sự phân tích kinh tế của thời kỳ chu trình dự án trong 20 năm phải được áp dụng cho mỗi dự án trừ khi có chỉ dẫn khác. Như vậy kết cấu mặt đường sẽ được duy trì, cải tạo để chịu được lượng giao thông đã dự báo trong suốt thời gian 20 năm. (c) Suất chiết khấu 12% được sử dụng để chuyển đổi về giá trị hiện tại trừ khi có sự định rõ một suất chiết khấu khác. (d) Các chi phí chu trình dự án được tính toán cho toàn bộ kết cấu mặt đường bao gồm lề đường cho chiều dài 1 km trên một hướng xe chạy trên các đường có phân chiều xe chạy. Kết cấu toàn bộ bao gồm phần đường 2 làn xe. 7.4.1. CÁC CHI PHÍ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA ACP Phân tích chi phí chu trình dự án cho kết cấu mặt đường ACP cần bao gồm những mục sau: (a) Chi phí ban đầu. ● ACP, ● Móng (LCB, ACB, CTB, ATPB, CTPB, AB), ● Móng dưới bằng cấp phối đá dăm (AS), ● Lớp AC của lề đường, ● Lớp móng trên của lề đường, ● Móng dưới của lề đường. (b) Các chi phí duy tu. ● Duy tu (Lớp thảm mỏng AC, vá ổ gà, láng mặt, trám các vết nứt,v.v ) và ● Chậm trễ giao thông. (c) Chi phí cải tạo ● Một lớp phủ bê tông nhựa dày 45 mm hoặc tái chế nóng tương đương trên toàn bộ các làn xe chạy và lề đường cho 10 năm 1 lần (hoặc như được thiết kế), ● Chi phí kỹ thuật (chi phí ban đầu và chi phí xây dựng lấy bằng số % của chi phí cải tạo được xác định từ số liệu lưu trữ cũ). ● Công việc phụ trợ và bổ sung (tất cả các công việc đã được tiến hành thuộc về thoát nước, an toàn, và các thiết bị khác cần thiết cho công tác cải tạo đường) ● Chậm trễ giao thông ● Đường tránh (có thể bao gồm trong các công việc phụ trợ và bổ sung) ● Giá trị còn lại (thời gian phục vụ còn lại ước tính của mặt đường hoặc giá trị của các vật liệu của kết cấu mặt đường). (d) Chi phí người sử dụng ● Chi phí vận hành xe (Nhiên liệu tiêu thụ, Lốp xe, bảo dưỡng xe, dầu nhớt tiêu thụ, khấu hao xe, phụ tùng thay thế) ● Các chi phí thời gian đi lại của người sử dụng xe ● Các chi phí tai nạn (chết người, bị thương, tài sản hư hỏng) 7.4.2. CÁC CHI PHÍ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG PCC Những phân tích chi phí chu trình tuổi thọ cho loại kết cấu đường PCCP bao gồm những mục sau: (a) Chi phí ban đầu ● PCCP
● Lớp móng có xử lý (LCB, ACB, ATPB, CTPB) ● Cấp phối móng trên (AB) ● Cấp phối móng dưới (AS) ● Lề đường ● Móng trên của lề đường ● Hệ thống thoát nước của kết cấu (lớp TPB dưới PCCP và/hoặc rãnh dọc đường) và, ● Trám khe nối. (b) Chi phí duy tu ● Duy tu (trám khe nối và vết nứt, kích tấm, lớp lót để phủ các lỗ rỗng, sửa chữa các tấm bị gãy vỡ, đôi khi thay thế các tấm v.v ) và ● Chậm trễ giao thông. (c) Các chi phí cải tạo ● Khía trên mặt tất cả các làn xe ở năm thứ 15. ● Thay thế 10 – 15 tấm mỗi km của mỗi làn trên các làn xe tải ở năm thứ 15 ● Rải lớp phủ bê tông nhựa 105 mm có lớp màng hấp thụ ứng suất kéo chèn vào giữa (đặt trước tại các tấm nứt và tấm tiếp xúc) ở năm thứ 25, ● Chi phí kỹ thuật (chi phí ban đầu và chi phí xây dựng lấy bằng phân số % của chi phí cải tạo được xác định từ số liệu lưu trữ cũ), ● Công việc phụ trợ và bổ sung (tất cả các công việc hoàn thành thuộc về thoát nước, an toàn, và đặc trưng khác cần thiết cho công việc cải tạo) ● Chậm trễ giao thông (các dữ liệu thu được từ cơ quan quản lý đường bộ) ● Chi phí đường tránh (có thể bao gồm trong các công việc phụ trợ và bổ sung) và ● Giá trị còn lại (thời gian phục vụ còn lại được ước tính của mặt đường hoặc giá trị của các vật liệu của kết cấu đường). (d) Chi phí người sử dụng ● Chi phí vận hành xe (Nhiên liệu tiêu thụ, Lốp xe, bảo dưỡng xe, dầu nhớt tiêu thụ, khấu hao xe, phụ tùng thay thế) ● Các chi phí thời gian của người sử dụng xe ● Các chi phí tai nạn (chết người, bị thương, tài sản hư hỏng) 7.4.3. CHI PHÍ VỐN BAN ĐẦU (CHI PHÍ ĐẦU TƯ) Tính toán chi phí ban đầu của công việc xây dựng bao gồm tính toán các khối lượng vật liệu được cung cấp cho mỗi loại kết cấu mặt đường và nhân với đơn giá của chúng. Các khối lượng vật liệu nói chung phụ thuộc trực tiếp vào chiều dày của chúng trong kết cấu. Chúng cũng phụ thuộc vào chiều dày của các lớp khác vào chiều rộng của mặt đường và lề đường. Chi phí của vật liệu tại chỗ trong kết cấu mặt đường không trực tiếp tỉ lệ với khối lượng yêu cầu. Đơn giá vật liệu phụ thuộc vào khối lượng vật liệu được cung cấp, thủ tục thuê xây dựng, chiều dài của dự án v.v Do đó phải tiến hành ước tính khối lượng và chi phí thực một cách cẩn thận. Ví dụ chi phí một lớp 4 cm có thể không bằng hai lớp 2 cm bởi vì nhân công cho mỗi lớp là như nhau. Chi phí này cũng bao gồm chi phí kỹ thuật và quản lý liên quan với thiết kế. 7.4.4. CHI PHÍ BẢO DƯỠNG Bảo dưỡng. “Sự duy trì bảo quản của toàn bộ đường bao gồm mặt đường, vai đường, lề đường, kết cấu, và thiết bị kiểm soát giao thông là cần thiết cho sự an toàn của đường và hiệu
quả sử dụng”. Bảo dưỡng mặt đường có liên quan đến việc bảo quản mặt đường bao gồm cả lề đường và phần thoát nước có liên quan. Sự ước tính của tất cả chi phí cần thiết cho đầu tư bảo dưỡng mặt đường ở mức độ phục vụ mong muốn đã quy định hoặc ở tỉ lệ giảm mức phục vụ đã được quy định là cần thiết cho các phân tích kinh tế thích hợp. Mức độ bảo dưỡng, nghĩa là loại và phạm vi của hoạt động bão dưỡng, xác định tỉ lệ của sự giảm chất lượng chạy xe hoặc chỉ số phục vụ. Có các hoạt động bảo dưỡng khác nhau được thực hiện cho đường bộ. Bảo dưỡng mặt đường, vai đường, thoát nước, xói mòn, thảm thực vật, và kết cấu là một số loại hình bảo dưỡng chính. Chỉ loại bảo dưỡng nào trực tiếp ảnh hưởng đến sự làm việc của mặt đường thì mới phải xem xét cho việc phân tích kinh tế mặt đường Thông thường các loại này bao gồm bảo dưỡng lớp phủ mặt đường, lề đường và phần thoát nước liên quan. 7.4.5. CHI PHÍ CẢI TẠO VÀ PHỦ LẠI BỀ MẶT Chi phí cải tạo bao gồm những lớp phủ mặt và/hoặc nâng cấp cần thiết trong tương lai khi chất lượng chạy xe của mặt đường giảm đến mức tối thiểu có thể được công nhận nào đó, ví dụ chỉ số phục vụ hiện tại (PSI) bằng 2.5. Cải tạo mặt đường. Là công việc thực hiện để kéo dài tuổi thọ phục vụ của mặt đường hiện tại. Việc này bao gồm tải thêm vật liệu phủ mặt và/hoặc công việc khác cần thiết để mặt đường hiện tại, bao gồm cả vai đường trở lại đủ điều kiện về mặt kết cấu hoặc chức năng. Công việc này cũng bao gồm việc loại bỏ và thay thế các phần cục bộ của kết cấu mặt đường. Công tác cải tạo mặt đường sẽ không bao gồm các công việc bảo dưỡng định kỳ thông thường. Công việc bảo dưỡng định kỳ được hiểu là gồm những hạng mục như phủ lại mặt một lớp mỏng hơn 2.5 cm hoặc trên một đoạn ngắn: vá láng; vá ổ gà; gắn vết nứt và khe nối hoặc sửa chữa các hư hỏng nhỏ và lớp lót của các tấm bê tông khác phần cần thiết của việc cải tạo; và các công việc khác dự định chủ yếu cho việc duy trì đường hiện tại. Các dự án cải tạo đường về thực chất làm tăng tuổi thọ phục vụ của chiều dài đáng kể của phần xe chạy. Sau đây là một vài ví dụ về công việc cải tạo mặt đường thích hợp cho các dự án đường bộ quan trọng: (1) Phủ lại mặt để cải thiện năng lực phục vụ và cường độ kết cấu (bao gồm một số trường hợp như nứt gãy và hư hỏng); (2) Thay thế hoặc khôi phục lại khe nối bị hỏng; (3) Đặt lớp lót mặt đường khi cần thiết cho sự ổn định; (4) Chà xát hoặc khía mặt đường để đảm bảo sự bằng phẳng hoặc chống trơn trượt, nhưng cần duy trì đủ chiều dày kết cấu; (5) Loại bỏ và thay thế các vật liệu hư hỏng; (6) Làm lại hoặc tăng cường các lớp móng trên và móng dưới; (7) Tái chế các vật liệu mặt đường hiện tại; (8) Sửa chữa các vết nứt và hư hỏng của mặt đường PCC với lớp phủ AC; và (9) Bố trí thêm các lớp thoát nước dưới. Danh mục trên không bao gồm tất cả các công việc. Có những công việc khác sẽ được thêm vào để thỏa mãn định nghĩa trên. Tuy nhiên điều đó là cần thiết để định nghĩa này sẽ được áp dụng thống nhất toàn quốc. Không nên chọn một kỹ thuật cải tạo đường chỉ vì nó có chi phí xây dựng ban đầu thấp nhất. Đây là một biện pháp kỹ thuật tồi và có thể dẫn tới các vấn đề nghiêm trọng của mặt đường trong tương lai. Dĩ nhiên là chi phí chu trình dự án (LCC) được sử dụng trong việc chọn lựa biện pháp thích hợp. Các chi phí khác nhau của phương án cải tạo đường là sự xem xét chính trong việc lựa chọn các phương án thích hợp. Chi phí chu trình dự án bao gồm (1) chi phí cho thiết kế và
xây dựng ban đầu, bảo dưỡng và cải tạo trong tương lai và giá trị còn lại; và (2) chi phí của người sử dụng đường bao gồm sự chậm trễ giao thông do sự đóng làn xe và mặt đường gồ ghề, thao tác xe, tai nạn và thiếu tiện nghi. Mặc dù tồn tại những khó khăn trong việc ước tính những chi phí trên, nhưng bằng cách này sẽ xác định được loại mặt đường tốt nhất với chi phí hàng năm thấp nhất. Trong khi nguồn vốn sẵn có không phải lúc nào cũng cho phép tiến hành cải tạo mặt đường để chi phí người sử dụng thấp nhất, chi phí chu trình dự án là một công cụ tốt được dùng trong đánh giá các phương án khả thi. 7.4.6. GIÁ TRỊ TẬN DỤNG HOẶC GIÁ TRỊ CÒN LẠI Giá trị tận dụng hoặc giá trị còn lại có thể được sử dụng trong đánh giá kinh tế. Nó có thể đáng kể trong các trường hợp của mặt đường bởi vì nó bao gồm giá trị của vật liệu sử dụng lại tại cuối giai đoạn thiết kế. Với sự cạn kiệt của các nguồn cung cấp, nguồn vật liệu sử dụng lại có thể trở thành ngày càng quan trọng trong tương lai, đặc biệt là khi sử dụng trong mặt đường mới bằng làm lại hoặc tái chế. Công việc tái chế lại mặt đường cung cấp một ấn tượng mạnh mẽ về các lý lẽ để sử dụng giá trị còn lại cũng như làm cơ sở cho việc xác định nó. Giá trị tận dụng của vật liệu phụ thuộc vào một vài yếu tố như là khối lượng và vị trí của vật liệu, sự ô nhiễm, tuổi hoặc độ bền, sự sử dụng trước tại cuối giai đoạn thiết kế v.v Nó có thể được thể hiện bằng % của giá trị gốc. 7.4.7. CHI PHÍ NGƯỜI SỬ DỤNG Mỗi một phương án mặt đường lựa chọn đều phải kết hợp với một số chi phí gián tiếp thuộc về người sử dụng đường phải được xét đến, đối với một phân tích kinh tế hợp lý. Các chi phí này không thể được bỏ qua, vì tương tự như chi phí mặt đường, chi phí người sử dụng có liên quan đến độ bằng phẳng hoặc quá trình phục vụ của mặt đường. Một phương án mặt đường mà có độ gồ ghề quá cao trong suốt thời gian dài sẽ dẫn đến chi phí người sử dụng cao hơn là một phương án mặt đường có bề mặt tương đối bằng phẳng cho xe chạy suốt thời gian phục vụ. Ba loại chính của chi phí người sử dụng có liên quan với sự phục vụ của mặt đường là: (1) Chi phí vận hành xe ● Tiêu thụ nhiên liệu ● Hao mòn lốp xe ● Bảo trì xe ● Chi phí dầu nhớt ● Khấu hao xe ● Các bộ phận thay thế (2) Chi phí thời gian chạy xe của người sử dụng (3) Chi phí tai nạn ● Tai nạn chết người ● Tai nạn không chết người ● Hư hỏng tài sản Mỗi chi phí được đưa ra ở trên phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đường cũng như tốc độ của xe phụ thuộc vào độ gồ ghề. Khi mặt đường gồ ghề hơn thì tốc độ vận hành nhìn chung là giảm. Tốc độ chạy xe chậm hơn và mặt đường gồ ghề dẫn đến thời gian chạy xe lâu hơn, không thoải mái và phát sinh các chi phí khác. Do độ gồ ghề của một phương án mặt đường phụ thuộc vào một số trong số các vấn đề như chiều dày xây dựng ban đầu và vật liệu được cung cấp, quy mô và thời gian cải tạo và quy mô của các lần duy trì chính và phụ trong thời gian phục vụ của mặt đường, nên chi phí người sử dụng có quan hệ với tất cả của các yếu tố này. 7.4.8. CHI PHÍ CHẬM TRỄ GIAO THÔNG CHO NGƯỜI SỬ DỤNG