Bài báo này cũng đã cập nhật một số thông tin về xu thế phát triển mặt đường BTXM trên thế giới; nêu lên những đặc điểm về vật liệu, về kết cấu, về công nghệ thi công và sửa chữa nâng cấp mặt đường BTXM; đánh giá thực trạng về thiết kế, thi công, nghiệm thu và khai thác mặt đường BTXM ở nước ta; phân tích khả năng áp dụng mặt đường BTXM trong giai đoạn hiện nay; đề xuất phạm vi áp dụng đồng thời nêu lên những vấn đề cần phải tiếp tục hoàn thiện từ các khâu thiết kế, chỉ dẫn kỹ thuật thi công, thiết bị công nghệ và kiểm soát chất lượng trong thi công.
1.. Tổng quan về công nghệ xây dựng mặt đường BTXM
1.1 Phát triển mặt đường BTXM trên thế giới
Mặt đường BTXM xuất hiện vào cuối thế kỷ 19, bắt đầu ở Anh vào những năm 1950, sau đó lan dần sang Pháp, Đức, Mỹ và Nga…
Trong suốt hơn 100 năm qua, mặt đường BTXM đã được tiếp tục xây dựng và phát triển ở hầu hết các nước trên thế giới, tập trung nhiều nhất ở các nước có nền kinh tế phát triển như: Canada, Hoa Kỳ, CHLB Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan, Australia, Trung Quốc…
Mặt đường BTXM [mặt đường cứng] cùng với mặt đường mềm là 2 loại hình mặt đường chính được sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông của các khu vực, lãnh thổ và xuyên quốc gia.
Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường bộ, từ địa phương, hệ thống tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường phố, đường trục chính, đường cao tốc. Mặt đường BTXM cũng thường được sử dụng ở hầu hết các sân bay, bến cảng, các đường chuyên dụng và các bãi đỗ xe.
Ngày nay, mặt đường BTXM vẫn luôn được các nhà nghiên cứu các nhà quản lý rất quan tâm. Hệ thống Tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển đồng bộ và hiện đại. Hàng năm, những hội nghị tổng kết phổ biến kinh nghiệm và những nghiên cứu phát triển mới về loại hình mặt đường BTXM của thế giới vẫn được duy trì thường niên và phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM ngày càng được mở rộng.
Khối lượng mặt đường BTXM đã xây dựng ở một số nước [trích rừ Báo cáo Long - Life Concrete Pavements in Europe and Canada ” của Cục Đường bộ Liên bang Mỹ - FHWA công bố năm 2007] được thống kê dưới đây:
- Mỹ, mặt BTXM chiếm khoảng 9% của 490179 km đường đô thị và 4% của 1028491 km đường ngoài đô thị.
- Tỉnh Québec, Canada có 1239 km [đường 2 làn xe] trong tổng số 29000 km đường [khoảng 4%] là mặt đường BTXM nhưng lại phục vụ tới 75% lượng giao thông ở Québec.
- Đức, mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm chiếm khoảng 25% mạng lưới đường cao tốc với lưu lượng giao thông cao.
- Áo, đường cao tốc chiếm khoảng 25% mạng lưới đường bộ quốc gia [14000 km], trong đó mặt đường BTXM chiếm 2/3 khối lượng đường cao tốc.
- Bỉ, mạng lưới đường khoảng 134000 km, gồm đường cao tốc, đường tỉnh, đường địa phương và đường nông thôn. Trong đó, đường cao tốc có khoảng 1700 km, tức là chỉ hơn 1%. Mặt đường BTXM chiếm 40% của những đường cao tốc và 60% đường nông thôn. Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 17%.
- Hà Lan, mạng lưới đường ô tô có khoảng 113000 km. Khoảng 2300 km là đường cao tốc, chỉ khoảng 2% về chiều dài, nhưng những con đường cao tốc này phục vụ 38% lưu lượng giao thông. 5% đường cao tốc là mặt đường BTXM, trong đó một nửa là mặt đường BTCT liên tục và một nửa là BTXM không cốt thép, phân tấm. Hà Lan còn có khoảng 140 km đường khu vực có mặt BTXM không cốt thép, phân tấm. Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 4% mạng đường ô tô. Ngoài ra, Hà Lan còn có 20000 km đường xe đạp, trong đó 10% là mặt đường BTXM.
- Vương quốc Anh, mạng lưới đường có khoảng 285000 km, trong đó có 1500 km là mặt đường BTXM. Cho tới đầu những năm 1980, mặt đường BTXM phân tấm, không hoặc có cốt thép vẫn là loại chủ yếu. Từ giữa những năm 1980 đến giữa những năm năm 1990, mặt đường BTXM điển hình lại là BTCT liên tục. Từ cuối những năm 1990, do yêu cầu về giảm tiếng ồn, mặt đường BTXM buộc phải có lớp mặt bê tông nhựa mỏng, nhưng yêu cầu này mới chỉ là bắt buộc trong phạm vi xứ Anh [England], chứ chưa bắt buộc đối với các xứ khác [Scotland, Wales và Bắc Ailen].
Ngoài ra, mặt đường BTXM chiếm khoảng 67% đường cao tốc ở Úc và chiếm 60% đường cao tốc ở Trung Quốc.
Về phân loại mặt đường BTXM. Trong hơn 100 năm phát triển, mặt đường BTXM được phân ra một số loại như sau:
- Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm, đổ tại chỗ [thông thường];
- Mặt đường BTXM cốt thép;
- Mặt đường BTXM lưới thép;
- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục; mặ đường BTXM cốt phân tán;
- Mặt đường BTXM lu lèn;
- Mặt đường BTXM ứng suất trước;
- Mặt đường BTXM lắp ghép.
Tương ứng với mỗi loại mặt đường BTXM có những đặc điểm và phạm vi áp dụng nhất định:
- Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm ra đời sớm nhất và vẫn đang được áp dụng phổ biến ở nhiều nơi. Chiều dày của tấm từ 15 - 40cm; kich thước tấm thay đổi tuỳ theo từng dự án có thể từ 3 - 7m, thông thường khoảng 5m. Mặt đường BTXM không cốt thép [không kể cốt thép dùng làm thanh truyền lực giữa các tấm] sử dụng cho hầu hết đường ô tô các cấp, các bãi đỗ, bến cảng và sân bay. Móng của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là đất, cát gia cố, vôi, xi măng; đá gia cố xi măng; đôi khi là đá gia cố nhựa đường, BTN hoặc chính là BTXM. Rất ít khi sử dụng móng là cát hoặc đá dăm.
- Mặt đường BTXM cốt thép thường được sử dụng đối với những tuyến đường có tải trọng lớn như sân bay, đường chuyên dụng, đường có lưu lượng xe lớn và các công trình đặc biệt có yêu cầu tuổi thọ cao. Về cơ bản, kích thước tấm mặt đường BTXM cốt thép tương tự như BTXM phân tấm thông thường nhưng được tăng cường thêm 2 lớp cốt thép [thép All] chịu lực [trong tính toán thiết kế có kể đến khả năng cùng chịu lực của cốt thép].
- Mặt đường BTXM lưới thép ra đời chủ yếu nhằm khắc phục và hạn chế các vết nứt do co ngót của bê tông và nứt do nhiệt. Trên cơ sở tính toán thiết kế như vậy mặt đường BTXM thông thường, lưới thép [thép All: 10 - 14 mm, @: 10 - 20cm] được bổ sung và bố trí cách bề mặt mặt đường từ 6 - 10 cm nhằm hạn chế các vết nứt trong quá trình bê tông hình thành cường độ và trong khai thác. Mặt đường BTXM lưới thép xuất hiện chậm hơn BTXM thông thường và phạm vi áp dụng của nó tương tự như phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM thông thường.
- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm cố hữu của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là giảm thiểu các mối nối ngang mặt đường [khe co, giãn]. Hàm lượng lưói thép thiết kế khoảng 0,54%, bao gồm cốt thép dọc [thép All, 16 mm], cốt thép ngang [thép All, 12 mm] được bố trí liên tục suốt chiều dài đường và đặt ở vị trí 1/3 - ½ bề dày tấm BTXM. Mục đích của việc bố trí cốt thép này không phải là ngăn ngừa vết nứt do tải trọng và ứng suất nhiệt, mà chỉ nhằm hạn chế việc mở rộng khe nứt. Theo yêu cầu, khoảng cách khe nứt nằm trong khoảng 3,5 - 8,0 feets [1,05 - 2,4m], độ mở rộng khe nứt không được quá 0,04 inch [1,0 mm] nhằm hạn chế nước thấm qua khe nứt phá huỷ cốt thép và bảo đảm mặt đường khai thác được bình thường. Phạm vi áp dụng của mặt người BTXM cốt thép liên tục là khắc phục nhược điểm không êm thuận chạy xe do các khe của mặt đường BTXM phân tấm, áp dụng chủ yếu đối với các tuyến đường có lưu lượng xe lớn, đường cao tốc, đường băng sân bay và kinh phí đầu tư ban đầu lớn hơn.
- Mặt đường BTXM cốt phân tán [cốt sợi] chỉ được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt có khả năng chịu lực rất lớn và chống mài mòn cao. Trong khi trộn bê tông tươi, ngoài cốt liệu đá và cát thông thường người ta bổ sung thêm và trộn đều với các loại cốt sợi: thuỷ tinh, kim loại, tổng hợp [acrylic, aramid, cacbon, nylon, polyester, polyethylene, polyproplene] và cốt sợi tự nhiên. BTXM cốt phân tán có cường độ và khả năng chống mài mòn.
- Mặt đường BTXM lu lèn là loại mặt đường sử dụng bê tông khô, thi công liên tục [không có mối nối] và bằng thiết bị lu thông thường. Do mặt đường BTXM lu lèn được đổ dài liên tục nên trên đó phải làm thêm lớp đá dăm láng nhựa [lớp láng nhựa] nhằm khắc phục các vết nứt do co ngót và do nhiệt độ, hoạt tải gây ra. Chiều dày của lớp BTXM lu lèn dao động trong khoảng 20 cm, móng của nó có thể là các vật liệu gia cố hoặc đá dăm. Mặt đường BTXM lu lèn được áp dụng có hiệu quả cho các tuyến đường có lưu lượng xe không cao và làm lớp móng cho mặt đường BTXM hoặc mặt đường bê tông nhựa.
- Mặt đường BTXM ứng suất trước ra đời cũng nhằm khắc phục các vết nứt của mặt đường BTXM thông thường đồng thời tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu dạng tấm. Có loại mặt đường BTXM ứng suất trước sử dụng các sợi thép căng trước và mặt đường BTXM cốt thép ứng suất trước căng sau. Mặt đường BTXM cốt thép dự ứng lực có phạm vi áp dụng hạn chế vì công nghệ thi công phức tạp.
- Mặt đường BTXM lắp ghép là loại mặt đường BTXM có hoặc không có cốt thép được chế tạo sẵn tại xưởng và vận chuyển đến công trường lắp ghép thành mặt đường. Các tấm BTXM đúc sẵn có thể đặt trực tiếp trên nền đất, nền cát hoặc móng đá dăm. Phạm vi áp dụng đối với các đường lâm nghiệp, đường có thời hạn sử dụng ngắn, công vụ và các tấm BTXM có thể được sử dụng lại.
1.2 Ưu nhược điểm chung của mặt đường BTXM
1.2.1 Ưu điểm
- Tuổi thọ của mặt đường BTXM tương đối cao, cao hơn mặt đường bê tông nhựa [BTN]. Tuỳ theo cấp hạng đường và tiêu chí đánh giá của từng nước nhưng nói chung tuổi thọ của mặt đường BTXM được lấy vào khoảng 20 - 50 năm, Trung Quốc lấy 45 năm. Tuổi thọ thực tế của mặt đường BTXM nhiều khi lớn hơn dự kiến khi thiết kế. Theo thống kê, có những đoạn mặt đường BTXM sau khi xây dựng sau 50 năm mới phẳi tăng cường và thậm chí có đoạn tồn tại sau 78 năm sử dụng.
- Cường độ mặt đường BTXM cao và không thay đổi theo nhiệt độ như mặt đường nhựa, thích hợp với tất cả các loại xe, ổn định cường độ đối với ẩm và nhiệt, cường độ không những không bị giảm mà có giai đoạn còn tăng theo thời gian [không có hiện tượng bị lão hoá như mặt đường BTN].
- Có khả năng chống bào mòn, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao, an toàn cho xe chạy, mặt đường BTXM có mầu sáng nên thuận lợi cho việc chạy xe ban đêm.
- Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp.
- Do thời gian phục vụ tương đối dài, chi phí duy tu bảo dưỡng thấp, nên tổng giá thành xây dựng và khai thác của mặt đương bê tông xi măng có cao nhưng không cao hơn nhiều so với mặt đường BTN.
1.2.2 Nhược điểm
- Mặt đường BTXM thông thường tồn tại các khe nối, vừa làm phức tạp thêm cho việc thi công và duy tu, bảo dưỡng, vừa tốn kém, lại vừa ảnh hưởng đến chất lượng vận doanh, khai thác [xe chạy không êm thuận]. Khe nối lại là chỗ yếu nhất của mặt đường BTXM, khiến cho chúng dễ bị phá hoại ở cạnh và góc tấm.
- Sau khi xây dựng xong, phải bảo dưỡng một thời gian mới cho phép thông xe, do vậy ít thích hợp đối với trường hợp nâng cấp mặt đường cũ, cẩn đảm bảo giao thông.
- Móng đường BTXM yêu cầu có độ bằng phẳng cao, chất lượng đồng đều và liên tục. Không xây dựng mặt đường BTXM trên nền đường còn tiếp tục lún như đi qua vùng đất yếu.
- Xây dựng mặt đường BTXM chất lượng cao cho các tuyến đường cấp cao và đường cao tốc đòi hỏi phải có thiết bị thi công đồng bộ, hiện đại và quy trình công nghệ thi công chặt chẽ. Việc trộn BTXM và bảo dưỡng mặt đường đòi hỏi nhiều nước.
- Khi mặt đường BTXM bị hư hỏng thì rất khó sửa chữa, trong quá trình sửa chữ rất ảnh hưởng đến việc đảm bảo giao thông. Nâng cấp cải tạo mặt đường BTXM đòi hòi chi phí cao, hoặc phải cào bóc để tăng cường mới bằng BTXM hoặc BTN hoặc phải tăng cường lớp BTN khá dày để tránh nứt phản ánh.
- Chi phí xây dựng ban đầu đối với mặt đường BTXM cao hơn so với mặt đường BTN và các loại mặt đường khác.
1.3 Phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM
- Làm lớp móng cho tất cả các loại đường ô tô và sân bay;
- Làm lớp mặt [tầng phủ] đối với các loại đường o tô, bãi đỗ và sân bay.
- Lớp mặt tăng cường cho các loại mặt đường đã hết tuổi thọ như: mặt đường BTN, mặt đường BTXM..
- Tuỳ theo yêu cầu khai thác của các cấp hạng đường khác nhau mà có thể sử dụng một trong các loại mặt đường BTXM sau đây: BTXM phân tấm thông thường, BTXM lưới thép, BTXM cốt thép liên tục và BTXM lu lèn. Đường cao tố và đường băng sân bay có thể sử dụng mặt đường BTXM cốt thép liên tục hoặc BTXM phân tấm thông thường, BTXM lưới thép. Mặt đường cấp cao thứ yếu [quá độ] có thể sử dụng BTXM lu lèn [compacté].
1.4 Những đặc điểm cần lưu ý khi thiết kế và xây dựng mặt đường BTXM
1.4.1 Về kết cấu mặt đường BTXM
- Tải trọng bao gồm: hoạt tải [phương tiện giao thông], có tính chất động và trùng phục. Tải trọng [ứng suất uốn vồng] do nhiệt độ và ma sát giữa tấm BTXM và móng gây ra, bao gồm trị tuyệt đối của nhiệt độ không khí, do bức xạ mặt trời và chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và dưới của tấm BTXM.
- Kết cấu mặt đường dạm tấm hoặc dải mỏng [chiều dày nhỏ hơn nhiều so với các kích thước còn lại], bất lợi về chịu lực, nhất là chịu kéo uốn dưới tác dụng của tải trọng bánh xe và chênh lệch về nhiệt độ.
- Chịu màu mòn bề mặt bởi các phương tiện xe cộ trên đường với lưu lơnựg lớn [> 10 6CPU]. Do đó, để nâng cao khả năng chống mài mòn và xâm thực của nước mưa, lão hoá do thời tiết, cường độ [mác] của BTXM yêu cầu càng phải cao.
- Tại các khe nối mặt đường [khe nối dọc, khe co và khe dãn] là nơi bất lợi về chịu lực, nơi dễ xảy ra các hư hỏng như nứt vỡ tấm BTXM, nơi dễ thấm nước làm hư hỏng móng và nền đường và không êm thuận trong giao thông. Tại đây cần phải bảo đảm hcất lượng về tạo khe, chèn khe cũng như điều kiện làm việc bình thường của các thanh truyền lực giữa các tấm trong suốt quá trình khai thác.
- Kết cấu móng tiếp nhận và phân bố tải trọng xuống nền đất và chịu tác dụng trùng phục dẫn đến lún không đều và lún tích luỹ. Yêu cầu về cường độ của lớp móng không lớn nhưng đòi hỏi phẩi đồng đều, ổn định toàn khối và bằng phẳng. Thường được cấu tạo từ đất, cát, đá dăm gia cố xi măng.
1.4.2 Về vật liệu
- Vật liệu BTXM. Do yêu cầu về chịu lực [chịu kéo khi uốn] và chống mài mòn nên cường độ nén [mác] của BTXM: 30, 35, 40 Mpa và cường độ chịu kéo khi uốn: 4, 4.5 Mpa hoặc lớn hơn nữa.
- Do điều kiện thi công ngoài công trường có diện rộng, bốc hơi nhanh, điều kiện bảo dưỡng khó khăn dẫn đến co ngót do mất nước nên độ sụt của bê tông tươi [lượng N/X] càng nhỏ càng tốt, thậm chí bằng không hoặc bê tông khô.
- Nước dùng cho mặt đường BTXM cả để trộn bê tông và bảo dưỡng mặt đường nhất là trời nóng là rất lớn. Cần phải tính toán cẩn trọng và lưu ý trước về nước trong trường hợp thi công đường miền núi, đèo dốc và nước đá trong trường hợp thi công vào mùa hè nóng nực để làm giảm nhiệt độ cho bê tông tươi.
- Vật liệu thép chịu lực, thép thanh truyền lực, cốp pha; vật liệu dùng làm lớp ngăn cách [cách ly]; vật liệu chèn khe [mastic]; vật liệu bảo dưỡng; vật liệu phụ gia cho bê tông cũng là đặc trưng của mặt đường BTXM.
1.4.3 Về công nghệ thi công
- Đối với mỗi loại mặt đường BTXM và tuỳ thuộc vào thiết bị thi công mà có những yêu cầu về trình tự và nội dung công nghệ thi công cụ thể riêng biệt. Tuy nhiên, sau đây là các bước cơ bản cần phải có trong công nghệ thi công mặt đường BTXM:
+ Hoàn thiện lớp móng;
+ Lắp đặt cốp pha trên móng [nếu có];
+ Thi công lớp ngăn cách;
+ Lắp đặt cốt thép các loại;
+ Trộn và vận chuyển hỗn hợp BTXM;
+ Rải và đầm nén hỗn hợp BTXM;
+ Mặt đường BTXM cốt thép liên tục;
+ Thi công khe nối;
+ Hoàn thiện bề mặt, tạo nhám;
+ Bảo dưỡng;
+ Cắt khe;
+ Chèn khe;
+ Kiểm tra và nghiệm thu chất lượng mặt đường BTXM;
- Về mặt thiết bị thi công. Để đảm bảo chất lượng và tiến độ thi công mặt đường BTXM nhất thiết phải sử dụng các thiết bị thi công cơ giới từ trộn tới vận chuyển, rải và đầm BTXM. Tuỳ theo điều kiện và tính chất công trình mà lựa chọn các loại thiết bị gọn nhẹ linh hoạt đáp ứng yêu cầu thi công cho các tuyến đường có chiều rộng nhỏ hoặc những thiết bị đồng bộ hiện đại phục vụ cho các tuyến đường cấp cao hoặc công trường có khối lượng xây dựng lớn như sân bay.
- Đối với tuyến đường cải tạo hoặc nâng cấp, việc tổ chức thi công vừa bảo đảm chất lượng mặt đường vừa phải đảm bảo giao thông thường gặp rất nhiều khó khăn.
1.4.4 Về khai thác, duy tu bảo dưỡng và cải tạo nâng cấp
- Khai thác: Mặt đường BTXM cho phép khai thác quanh năm, tuy nhiên, cần phải giới hạn về tải trọng cho phép và cấm xe vượt tải. Khi mặt đường BTXM khi đã bị nứt gãy nói chung rất khó sửa chữa nhưng vẫn phải có những biện pháp khắc phục kịp thời.
- Chi phí duy tu bảo dưỡng thấp, chủ yếu tập trung vào vấn đề thoát nước, lề đường và sửa chữa kịp thời các khe nối.
- Khi mặt đường BTXM đã hết tuổi thọ, cần phải đánh giá chính xác mức độ hư hỏng để đưa ra các phương án nâng cấp có hiệu quả như: phải cào bóc một phần hoặc toàn bộ lớp mặt đường BTXM cũ rồi mới tăng cường hoặc tăng cường lên trên bằng các lớp mặt đường BTN, mặt đường BTXM mới.
1.5 Phát triển mặt đường BTXM ở Việt Nam
- Mặt đường BTXM cốt thép được xây dựng tại đường Hùng Vương, Hà Nội năm 1975. Trên quốc lộ 2 đoạn Thái Nguyên - Bắc Cạn xây dựng 30km đường BTXM vào năm 1984, đường Nguyễn Văn Cừ [bắc cầu Chương Dương]. Tiếp theo là trên Quốc lộ 1A với tổng chiều dài các đoạn khoảng 30km vào năm 1999 tại các đoạn ngập lụt. Đường Hồ Chí minh nhánh phía Đông với chiều dài 86 km, nhánh phía Tây với tổng chiều dài trên 300km. Quốc lộ 12A Quảng Bình với chiều dài 12 km. Quốc lộ 70, đoạn thành phố Lào Cai…
- Mặt đường BTXM được sử dụng hầu hết tại các sân bay như: Sân Vàng, Tân Sơn Nhất, Nội Bài, Phú Bài… Ngoài ra, loại mặt đường BTXM cốt thép liên tục lần đầu tiên được ứng dụng 1km tại Quốc lộ 12A Quảng Bình và sau đó khoảng 500m tại trạm thu phí cầu Bãi Cháy.
- Hệ thống đường giao thông nông thôn ở một số tỉnh như Thái Bình, Thanh Hoá, Hưng Yên… cũng có sử dụng mặt đường BTXM với kết cấu đơn giản, đáp ứng nhu cầu giao thông ở địa phương với tải trọng nhỏ và lưu lượng thấp.
- Theo thống kê của Bộ GTVT, Tổng số đường giao thông nông thôn trong cả nước bao gồm 172437 km, trong đó có 0,56% mặt đường bê tông nhựa và 7,2% mặt đường nhựa hoặc BTXM.
2. Thực trạng về thiết kê, thi công, nghiệm thu và khai thác mặt đường BTXM ở nước ta
2.1 Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng [mặt đường BTXM]
2.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng đường ô tô 22 TCN 223 - 96\5
- Được ban hành năm 1995, là tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, phục vụ cho việc thiết kế kết cấu mặt đường BTXM cho ngành GTVT.
- Các kết cấu áp dụng: Mặt đường bê tông xi măng phân tấm chủ yếu là loại không cốt thép; móng BTXM dưới lớp mặt đường bê tông nhựa.
- Nên bổ sung, chỉnh sửa 22 TCN 223 - 95 và chuyển đổi thành TCVN.
2.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng do SMEC biên soạn
- Được triển khai và hoàn thành năm 2008 trong Dự án xây dựng cầu đường bộ giai đoạn 2 của Bộ GTVT, do công ty tư vấn SMEC liên danh với Hội Cầu đường Việt Nam. Bản thảo đã được các chuyên gia trong nước soát xét, đã gửi lên Vụ KHCN chờ các thẩm định tiếp theo.
- Ngoài tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng, đã biên soạn thêm Chỉ dẫn thiết kế mặt đường cứng để bổ sung, giải thích rõ cho Tiêu chuẩn thiết kế.
- Kết cấu áp dụng: mặt đường BTXM phân tấm không có cốt thép; mặt đường BTXM phân tấm có cốt thép [tăng chiều dài tấm]; mặt đường BTXM cốt thép liên tục; lớp phủ bê tông nhựa trên mặt đường BTXM; lớp phủ BTXM không dính kết trên mặt đường BTXM; mặt đường BTXM phân tấm không có cốt thép áp dụng cho đường có lưu lượng xe thấp [sử dụng Catalog].
- Cần hoàn thiện và sớm ban hành thành TCVN.
2.2 Tiêu chuẩn thi công mặt đường cứng
- Hiện nay ở Việt Nam chưa có Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường cứng được ban hành.
- Với các Dự án xây dựng mặt đường BTXM cụ thể [vốn vay nước ngoài, trong nước] có chỉ dẫn kỹ thuật riêng, tuy nhiên, chưa được thống nhất.
- Viện KHCN GTVT đã dự thảo Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM cốt thép liên tục.
- Năm 2008, SMEC liên danh với Hội Cầu đường Việt Nam đã biên soạn xong “Tiêu chuẩn thi công mặt đường BTXM” chờ ban hành.
- Cuối năm 2008, Bộ Xây dựng [Vụ KHCN Bộ Xây dựng] đã giao nhiệm vụ cho Viện KHCN GTVT [qua Vụ KHCN Bộ GTVT] biên soạn “Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM.
2.3 Tiêu chuẩn thi công các lớp móng mặt đường có sử dụng xi măng
Hiện nay, trong ngành GTVT, đã có tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu các loại móng đường ô tô nói chung, bao gồm cả cho mặt đường cứng và mặt đường mềm. Trong đó có 03 tieu chuẩn thi công và nghiệm thu các lớp móng sử dụng chất kết dính là xi măng và dùng cho kết cấu mặt đường BTXM [mặt đường cứng], đó là:
2.3.1 Quy trình sử dụng đất gia cố bằng chất kết dính vô cơ trong xây dựng đường 22TCN-81-84
- Đây là quy trình ban hành từ năm 1984, viết chung cho cả lớp móng và mặt đường ô tô sử dụng vật liệu chất kế dính vô cơ [xi măng và vôi];
- Bố cục và kết cấu của quy trình lạc hậu, cần được cập nhật bổ sung.
2.3.2 Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cát gia cố xi măng trong kết cấu áo đường ô tô 22TCN 246 - 98
- Quy trình được ban hành năm 1998.
- Kết cấu áp dụng là lớp móng đường ô tô sử dụng cát thiên nhiên gia cố xi măng áp dụng cho tất cả các loại đường ô tô và sân bay, kể cả mặt đường cứng và mặt đường mềm.
- Nên bổ sung, chỉnh sửa và chuyển đổi thành TCVN.
2.3.3 Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cấp phối đá [sỏi cuội] gia cố xi măng trong kết cấu áp đường ô tô 22TCN 245-98
- Quy trình được ban hành năm 1998.
- Kết cấu áp dụng là đá dăm và đá nghiền từ cuội sỏi gia cố xi măng dùng làm móng cho tất cả các loại đường ô tô và sân bay, kể cả mặt đường cứng và mặt đường mềm.
- Nên bổ sung, chỉnh sửa và chuyển đổi thành TCVN.
2.4 Công nghệ thi công mặt đường BTXM
2.4.1 Giai đoạn trước năm 1995
Trong thời gian trước đây [trước 1995], thi công mặt đường BTXM ở nước ta chủ yếu là cơ giới kết hợp với thủ công. Công đoạn trộn bê tông chủ yếu bằng máy trộn nhỏ; riêng sân bay Tân Sơn Nhất và Nội Bài, công trường 75 - 808 có sử dụng máy trộn bê tông cưỡng bức năng suất cao. Vận chuyển bê tông ra công trường bằng ô tô [xe ben]. Rải bê tông kết hợp cơ giới với thủ công, thiết bị rải bê tông tự chế tạo, chủ yếu bao gồm các khung dàn thép dùng tời kéo. Đầm bê tông bằng đầm dùi, đầm bàn dùng sức người điều khiển. Ván khuôn thép được sử dụng chủ yếu để thi công các loại mặt đường nói trên. Việc tạo khe thường bằng cách đặt các thanh gỗ được tiến hành ngay trong quá trình thi công mặt đường. Mastic chèn khe tự sản xuất ở trong nước từ vật liệu nhựa đường thông thường.
2.4.2 Giai đoạn sau 1995
Thời điểm sau năm 1995, bắt đầu từ việc thi công sân bay Tân Sơn Nhất, sân bay Nội Bài và sau này là Quốc lộ 1A, đường Hồ Chí Minh, thi công mặt đường BTXM ở nước ta đã được cơ giới hoá bằng các thiết bị nhập ngoại.
Cùng với việc sử dụng các thiết bị nêu trên, công nghệ thi công mặt đường BTXM về cơ bản đã được cải thiện và chất lượng mặt đường BTXM được kiểm soát. Cho đến thời điểm hiện nay, có thể nói rằng, ở Việt Nam hoàn toàn có thể làm chủ được công nghệ thi công mặt đường BTXM phân tấm đổ tại chỗ.
Tính đến ngày 30 - 6 - 2003, 12 máy tải BTXM các loại đã được nhập vào Việt Nam được sử dụng để thi công một số công trình đường ô tô và sân bay trong thời gian qua. Số lượng và chủng loại như sau: Máy đã qua sử dụng không dùng ván khuôn trượt của Đức [02]; Singgapor - Slipform của Đức [01]; HTH - 5000 Slipform [01]; 01 HTH - 6000 Slopform của Trung Quốc [01]; 1220 MAXI - PAV Slipform của Trung Quốc [01]; Gomaco COMMANDER III Slipform của Mỹ [01]; Power CURBURS 8700 Slipform của Mỹ [01]l Wirgen SP500 Slipform của Đức [01]; Gomaco C-450X tang trống lăn của Mỹ [03].
2.5 Đánh giá chất lượng một số đoạn mặt đường BTXM qua nghiệm thu
Những số liệu đánh giá dưới đây có nguồn gốc từ Viện Khoa học và Công nghệ GTVT trong quá trình thực hiện nhiệm vụ của Bộ giao về việc kiểm tra và nghiệm thu các đoạn đường ô tô sau khi xây dựng và một đoạn xây dựng thử nghiệm.
2.5.1 Trên QL 1A, Đoạn Vinh - Đông Hà
- Trên các đoạn đường ngập lụt, xây dựng lớp BTXM phân tấm, không có cốt thép, chiều dày thiết kế 24cm. Chiều dài xây dựng BTXM tổng cộng 16,125 km, trong đó HĐ1: dài 6,5 km; HĐ2: dài 3,2 km; HĐ3: dài 2,7 km; HĐ4: dài 3,275 km.
- Thiết bị thi công: bao gồm cả loại thiết bị ván khuôn trượt và ván khuôn cố định.
- Đánh giá chất lượng mặt đường qua giá trị độ bằng phẳng IRI: Độ bằng phẳng theo Iri trung bình của đoạn mặt đường BTXM được kiểm tra với 4 HĐ lần lượt là: 4.3; 3.6; 3.3; và 3.42. Tình trạng mặt đường BTXM không bằng phẳng cục bộ xảy ra khá phổ biến, tỷ lệ đoạn cục bộ có IRI > 4 khá nhiều.
- Đánh giá chung: Chất lượng thi công các đoạn mặt đường BTXM không đạt yêu cầu về độ bằng phẳng. Sau khi thi công xong, nhiều đoạn đường BTXM có bề mặt rất xấu, bong tróc [nhất là đoạn thuộc HĐ1 - Vinh]. PMU1 đã áp dụng giải pháp phủ 1 lớp láng nhựa [chipping] lên trên, nhưng không có hiệu quả [lớp nhựa mỏng bị bong bật]. Nhiều vị trí tấm bị nứt, Nhà thầu đã phải sửa lại bằng cách cắt bỏ tấm nứt, đổ lại tấm mới. Sau một thời gian khai thác đã xuất hiện hiện tượng nứt tại vị trí dọc vệt bánh xe.
2.5.2 QL 12A, Quảng Bình, đoạn thí điểm mặt đường BTXM cốt thép liên tục
- Đoạn thí điểm mặt đường BTXM cốt thép liên tục trên Quốc lộ 12 Quảng Bình dài 1km [Km 26 + 600 đến Km 27 + 600] dày 24 cm, 2 làn xe, xây dựng trên móng ĐDCP.
- Việc thi công được thực hiện bằng công nghệ ván khuôn cố định, kết hợp hoàn thiện bề mặt bằng thủ công.
- Độ bằng phẳng theo IRI trung bình của đoạn mặt đường BTXM được kiểm tra dao động trong khoảng 3.54 - 4.47 [chuẩn là 3.0].
- Đánh giá chất lượng thi công qua khảo sát: khoảng cách và chiều rộng vết nứt không đều, nhiều đoạn nứt với khoảng cách lớn 20m [quy định 2 - 3m]. Độ mở rộng vết lớn so với thiết kế, có vị trí vết nứt lớn 3 - 4mm [quy định độ mở rộng và vết nứt không quá 1mm].
2.5.43 Trạm thu phí cầu Bãi Cháy, đoạn mặt đường BTXM cốt thép liên tục
- Công trình thử nghiệm BTXM cốt thép liên tục tại trạm thu phí Cầu Bãi Cháy hoàn thành vào tháng 7 - 2006, dài 500 m [KM 0 + 120 Km 0 + 520], 10 làn xe, dầy 24cm trên lớp móng CPĐD gia cố 6% xi măng.
- Chất lượng thi công: độ bằng phẳng tốt, độ nhám dạt yêu cầu. Khoảng cách giữa các khe nứt tại thời điểm đưa vào khai thác 3 - 5m [cao hơn quy định], độ mở rộng vết nứt nhỏ 0,5 - 0,8 mm [nhỏ hơn quy định].
2.5.4 Đường Hồ Chí Minh, mặt đường bTXM phân tấm không cốt thép
Mặt đường BTXM phân tấm được xây dựng 349 Km, trên đoạn Thạch Quảng - Ngọc Hồi [nhánh phía Đông và Nhánh phía Tây]. Chiều dày tấm 22 cm, đặt trên móng CPĐD.
Chất lượng thi công:
- Toàn bộ vật liệu mastic chèn khe của hãng IMASEAL - LB [Imax] bị hư hỏng [chảy], hiện nay đã phải bóc bỏ. Loại mastic của Mỹ chèn khe có chất lượng tốt.
- Có hiện tượng nứt một số tấm do các nguyên nhân: co ngót [97 tấm], cắt khe chậm.
- Có hiện tượng một số tấm không đủ cường độ [83 tấm], một số tấm không đủ chiều dầy [42 tấm].
3. Phân tích khả năng áp dụng các loại mặt đường BTXM ở nước ta
3.1 Mặt đường BTXM phân tấm
Mặt đường BTXM phân tấm được dùng phổ biến ở nước ngoài và ở Việt Nam trong thời gian qua cho tất cả các cấp hạng đường ô tô và sân bay.
Hầu hết các Tổng công ty xây dựng trong ngành GTVT và xây dựng sân bay đã làm chủ được công nghệ thi công mặt đường BTXM. Hiện các thiết bị thi công mặt đường BTXM đang có mặt ở Việt Nam , chưa có điều kiện tiếp tục sử dụng.
Về kiểm soát chất lượng, hiện đã có kinh nghiệm về kiểm soát chất lượng thi công mặt đường BTXM thông qua các công trình QL 1A, đường Hồ Chí Minh và các sân bay.
Cần nâng cao khả năng đồng bộ hoá về thiết bị thi công và tăng cường công tác hướng dẫn công nghệ và kiểm soát chất lượng thi công, nhất là chất lượng bề mặt, thi công công tác mối nối, bảo dưỡng, cắt khe, chèn khe.
Có thể áp dụng cho hầu hết các cấp hạng đường ô tô và sân bay.
3.2 Mặt đường BTXM cốt thép
Đã xây dựng ở đường Hùng Vương, Ba Đình, Hà Nội. Tuy nhiên phạm vi áp dụng chỉ nên cho những công trình có tải trọng nặng, các công trình đặc biệt và những tuyến đường đi qua vùng đất yếu [vẫn còn tiếp tục lún dư trong phạm vi cho phép].
3.3 Mặt đường BTXM lưới thép
Mặt đường BTXM lưới thép thực chất là mặt đường BTXM phân tấm thông thường đặc tăng cường lưới thép hạn chế các vết nứt khi thi công và trong khai thác. Phạm vi áp dụng như mặt đường BTXM phân tấm thông thường nhưng trong điều kiện thi công khắc nghiệt và trong những công trình yêu cầu chất lượng cao.
3.4 Mặt đường BTXM cốt thép liên tục
Mặt đường BTXM cốt thép liên tục đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng. Đây là xu hướng công nghệ tiên tiến, đã và sẽ được ngày càng áp dụng rộng rãi. Giá thành đầu tư ban đầu cao hơn mặt đường BTXM phân tấm thông thường nhưng ưu điểm là mặt đường êm thuận. Hơn nữa, khi cần phải sửa chữa, nâng cấp hoàn toàn có thể áp dụng giải pháp tăng cường lên trên 1 hoặc 2 lớp BTN như mặt đường mềm.
Loại mặt đường BTXM cốt thép liên tục mới được xây dựng thử nghiệm ở Việt Nam , tại QL 12A Quảng Bình [Chất lượng chưa đạt yêu cầu] và tại Trạm thu phí cầu Bãi Cháy [chất lượng tốt, đạt yêu cầu đề ra]. Cũng cần phải thận trọng về kiểm soát chất lượng thi công trong việc xây dựng đại trà.
Có thể áp dụng loại mặt đường này cho các tuyến đường cấp cao, đường cao tốc, các đường bằng, đường lăn sân bay.
3.5 Mặt đường BTXM lu lèn
Mặt đường BTXM lu lèn đã được áp dụng ở một số nước trên thế giới, nhất là ở Pháp và Trung Quốc. Ở Việt Nam mới có tài liệu tham khảo mà chưa có kinh nghiệm về xây dựng laọi đường trên đấy. Đây là loại mặt đường có công nghệ thi công đơn giản, yêu cầu về vật liệu không khắt khe, giá thành hạ và chỉ cần phủ lên trên lớp láng nhựa là có thể đưa vào khai thác được. Khi nâng cấp cải tạo đơn giản hơn các loại mặt đường BTXM khác và có thể phủ tăng cường lên trên mặt như mặt đường mềm thông thường.
Có thể áp dụng cho các loại đường cấp cao thứ yếu, đường miền núi, đường nông thôn. Cần tiến hành nghiên cứu và thử nghiệm trước khi thi công đại trà.
3.6 Khả năng sử dụng xi măng trong tất cả các lớp móng và lớp trên nền đường ô tô các loại
Trong điều kiện tự nhiên [chế độ thuỷ nhiệt] như ở Việt Nam , việc sử dụng các lớp móng đường ô tô bằng vật liệu gia cố [toàn khối] cho tất cả các loại cấp đường là hết sức thích hợp và mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt.
Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm [22TCN 211 - 06], đã chỉ ra và quy định về yêu cầu thiết kế các lớp kết cấu áo đường có sử dụng vật liệu gia cố. Đây là tiền đề và cơ sở pháp lý cho việc thiết kế kết cấu áo đường cả cứng và mềm sử dụng các lớp vật liệu gia cố như đất, cát, đá gia cố xi măng.
Theo kinh nghiệm xây dựng và trong các chỉ dẫn về thiết kế thi công của các nước trên thế giới, móng đường của mặt đường BTXM phải toàn khối, trong đó có móng cát hoặc đá gia cố xi măng.
Ngoài ra, cũng chính tổng kết kinh nghiệm trong nhiều năm xây dựng đường ở nước ta và chính trong 22TCN 211 - 06 đã quy định về lớp trên của nền đường trong bài toán thiết kế tổng thể nền mặt đường là: Nếu không có điều kiện về vật liệu [vật liệu tốt như đất cấp phối đồi…] cần phải sử dụng đất tại chỗ gia cố với chất kết dính vôi hoặc xi măng với chiều dày 30cm để làm lớp trên của nền đường, đáp ứng yêu cầu về ngăn nước mao dẫn đồng thời tạo điều kiện cho việc thi công các lớp móng đường phía trên.
Chính vì vậy, trong thời gian tới đây, cần có điều chỉnh về việc lựa chọn vật liệu lớp móng trong thiết kế kết cấu áo đường nói chung và riêng cho áo đường cứng [mặt đường BTXM] theo hướng sử dụng các vật liệu cát và đá gia cố xi măng.
5. Kết luận và đề xuất
5.1Mặt đường BTXM là một trong 2 loại mặt đường chủ yếu dùng trong xây dựng đường ô tô các cấp và sân bay ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam . Tỷ trọng nói chung về mặt đường BTXM so với mặt đường các loại khác là không lớn. Do có lợi thế về tuổi thọ và công nghệ xây dựng ngày càng có nhiều tiến bộ nên mặt đường BTXM đang được các nước sử dụng nhiều cho các đường cấp cao, đường cao tốc và sân bay.
5.2Phạm vi áp dụng ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay:
- Mặt đường BTXM phân tấm, không cốt thép cho tất cả các cấp đường và sân bay;
- Mặt đường BTXM lưới thép cho đường cấp cao, sân bay và những khu vực thời tiết khắc nghiệt;
- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục cho đường cấp cao, đường cao tốc và sân bay.
- Mặt đường BTXM lu lèn cho các loại đường cấp cao thứ yếu và đường nông thôn, đường miền núi.
5.3Ở Việt Nam đã xây dựng mặt đường BTXM từ những năm 1975 nhưng khối lượng và kinh nghiệm xây dựng chưa nhiều. Cần có những bổ sung hoàn thiện về tiêu chuẩn và thiết kế thi công, kiểm tra nghiệm thu mặt bằng đường BTXM và các lớp móng gia cố xi măng trước khi triển khai thi công đại trà.
5.4Cần tăng cường các công tác quản lý chất lượng từ thiết kế, công nghệ và thiết bị thi công theo hướng đồng bộ, tư vấn giám sát và nghiệm thu công trình đưa vào sử dụng.
5.5Cần có chủ trương khuyến khích thiết kế và xây dựng mặt đường ô tô theo hướng sử dụng các lớp móng đường ô tô các cấp [kể cả cứng và mềm] là các lớp vật liệu gia cố xi măng.
5.6Cần tiến hành khảo sát, đánh giá hiện trạng và hiệu quả kinh tế kỹ thuật các đoạn mặt đường BTXM đã xây dựng trên một số quốc lộ làm cơ sở cho việc triển khai xây dựng mặt đường BTXM trên diện rộng trong thời gian tới.
5.7Cần mở Hội thảo KHCN về xây dựng mặt đường BTXM trong và ngoài ngành GTVT< kể cả các chuyên gia của nước ngoài nhằm tập hợp kiến thức và kinh nghiệm xây dựng mặt đường BTXM hiện nay.
Tài liệu tham khảo
1. “Long - Life Concrete Pavements in Europo and Canada ”. FHWA. 2007.
2. Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Đề tài cấp Nhà nước “Công nghệ mới trong xây dựng và sửa chữa đường băng sân bay”, KC 10 - 06 Viện KHCN GTVT, 1995.
3. Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Đề tài trọng điểm cấp Bộ “Nghiên cứu công nghệ trong xây dựng mặt đường bộ và đường sân bay bằng bê tông cốt thép và cốt thép ứng xuất trước”. Viện KHCN GTVT, 2005.
4. Báo cáo kết quả kiểm tra chất lượng thi công QL1A, Đoạn Vinh Đông Hà. Viện KHCN GTVT, 2001.
5. Báo cáo kết quả thí điểm mặt đường BTXM cốt thép liên tục tại QL 12A, Quảng Bình. Viện KHCN GTVT 2002.
6. Kết quả kiểm tra chất lượng mặt đường BTXM cốt thép liên tục tại Trạm thu phí cầu Bãi Cháy, Viện KHCN GTVT, 2006.
7. Mặt đường BTXM cốt thép liên tục [CRCP] tại trạm thu phí cầu Bãi Cháy. Tạp chí Giao thông Vận tải 3 - 2007.