Các yêu cầu đối với mặt đường sân bay, sự cần thiết biên soạn các tiêu chuẩn thiết kế và thi công mặt đường sân bay
Thứ sáu, 26/12/2008 00:00
Mạng lưới đường ô tô của mỗi nước có những qui định riêng về trọng lượng của trục bánh thiết kế, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế xã hội và điều kiện tự nhiên của mỗi nước. Tải trọng trục bánh thiết kế ở nước ta là 100kN (hoặc một bánh kép 50kN) với áp lực hõi trong bánh xe là 0,65MPa.
I- Các điểm giống nhau và khác nhau giữa mặt đường ô tô và mặt đường sân bay
Mặt đường ô tô và mặt đường sân bay có những điểm giống nhau và khác nhau chủ yếu sau đây:
1. Tải trọng.
Mạng lưới đường ô tô của mỗi nước có những qui định riêng về trọng lượng của trục bánh thiết kế, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế xã hội và điều kiện tự nhiên của mỗi nước. Tải trọng trục bánh thiết kế ở nước ta là 100kN (hoặc một bánh kép 50kN) với áp lực hõi trong bánh xe là 0,65MPa.
Với sân bay, do việc vận tải hàng không không có biên giới, hệ thống sân - đường của sân bay phải tuân thủ các quy định của tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế (ICAO). Tải trọng trên một càng bánh máy bay có thể lớn hõn 900kN (máy bay Boeing 757-400) với áp lực hõi trong bánh 1,25MPa (có thể lên đến 1,5 hoặc 1,6 MPa).
Tốc độ lớn nhất của ô tô vận tải trên tất cả các loại đường ô tô của các nước thường không quá 60km/h. Trên sân bay thì tốc độ lại phụ thuộc vào bộ phận sân đường: tốc độ nhỏ và không đổi trên đường lãn, tốc độ thay đổi liên tục trên đường bãng và hoàn toàn không phụ thuộc vào tầm quan trọng của cảng hàng không hoặc của nước sở tại - máy bay phải chạy bon cất cánh với tốc độ như nhau ờ Nội Bài, ở Bangkok hoặc ở Paris.
Vì vậy, phải tiêu chuẩn hoá việc thiết kế và khai thác mặt đường sân bay theo các quy định của ICAO
Do tải trọng thẳng đứng của bánh máy bay rất lớn nên chiều dày mặt đường sân bay thường lớn hõn nhiều so với chiều dày mặt đường ô tô.
Tải trọng ngang tác dụng trên mặt đường sân bay cũng lớn hõn rất nhiều so với trên đường ô tô. Vì vậy, nếu thi công lớp dính bám trong kết cấu mặt đường mềm sân bay không tốt thì thường xuất hiện sự trượt của lớp mặt trên lớp móng tại các khu vực có bố trí siêu cao và các đoạn đường hãm phanh.
Tần suất tác dụng tải trọng cũng rất khác nhau: trên các đường ô tô cao tốc hoặc cấp 1, số lần tác dụng trùng phục của tải trọng có thể đến vài nghìn lần trong một ngày, còn trên mặt đường sân bay có nhiều máy bay hạ cánh thì cũng chỉ tới vài trãm lần.
Từ đó, với kết cấu mặt đường mềm của đường ô tô cấp cao người ta thường là làm làn riêng cho xe tải vì có nguy cõ hình thành vệt lún bánh xe trên làn xe này. Trong sân bay, nguy cõ này chỉ xuất hiện trên đường lãn, vì máy bay lãn với tốc độ thấp và vệt bánh luôn tác dụng qua cùng một chỗ.
2. Tác động của môi trường
Tác dụng của môi trường (nhiệt độ, nước mưa…) thường gây các hậu quá bất lợi đối với mặt đường sân bay nhiều hõn so với mặt đường ô tô.
Với kết cấu mặt đường mềm, cùng với thời gian nhựa bitum trong mặt đường bị hoá già sẽ xuất hiện các đường nứt nhô trên lớp mặt. Do tần suất tác dụng của bánh máy bay thấp hõn nên các bánh máy bay không hàn kín được các đường nứt như thường thấy trên đường ô tô. Vì vậy, khi thiết kế công thức bê tông nhựa của mặt đường sân bay nên tãng hàm lượng nhựa bi tum lên một ít để đảm bảo độ kín nước của mặt đường.
Mặt khác, do mặt đường sân bay rộng, khoảng cách thoát nước xa, thời gian thoát nước lâu khiến cho tính không thấm nước trở thành một chỉ tiêu cõ bàn khi thiết kế mặt đường sân bay. đây là điểm mấu chốt để bảo đảm chất lượng mặt đường. Từ đó phải nghiên cứu một công thức riêng cho bê tông nhựa mặt đường sân bay, bảo đảm cho hỗn hợp nhựa có độ chặt và độ dễ thi công cao.
3. Phưõng pháp thiết kế.
Phưõng pháp thiết kế chiều dày mặt đường mềm của đường ô tô và của sân bay (theo ICAO ) cũng khác nhau.
Chiều dày mặt đường mền đường ô tô được tính theo hai tiêu chuẩn: a) không cho phép xuất hiện biến dạng dư trong đất nền b) không cho phép xuất hiện đường nứt do mỏi trong thớ dưới của từng lớp mặt đường. Chiết dày mặt đường được tính với tiệt chuẩn bất lợi nhất.
Việc thiết kế chiều dày mặt đường sân bay thì chỉ tính theo tiêu chuẩn đầu tiên (tiêu chuẩn a (xem Thiết kế sân bay, phần 3: Mặt đường, ICAO ). Cãn cứ vào tí số CBR của đất nền và tải trọng càng bánh của máy bay thiết kế để xác định chiều dày tưõng đưõng tổng cộng của kết cấu mặt đường. Sau đó chọn một kết cấu mặt đường cụ thể với các lớp vật liệu thích hợp có chiều dày tưõng đưõng bằng chiều dày đã xác định ở trên.
II Các yêu cầu chất lượng đối với mặt đường sân bay
1 Yêu cầu về chất lượng đối với lớp mặt của mặt đường mêm sân bay
Lớp mặt của mặt đường mềm sân bay phải bảo đảm được các chức nãng sau:
- Bảo đảm cho máy bay lãn bánh an toàn và thuận lợi. Chức nãng này đòi hỏi lớp mặt phải bảo đảm được các yêu càu về cường độ và độ ổn định dưới tác dụng của tải trọng, cũng như phải thoả mãn các yêu cầu về độ nhám và độ bằng phảng.
- Bảo vệ nền móng dưới tác dụng của nước. Yêu cầu này đòi hỏi lớp mặt phải không thấm nước và phải có một chiều dày tối thiểu bảo đảm không xuất hiện đường nứt dưới tác dụng của tải trọng hoặc do sự truyền nứt từ lớp móng cứng.
- Bảo đảm các tính chất trên đây phải được duy trì lâu dài. điều này đòi hỏi nhựa bi tum phải lâu bị hóa già.
2. Yêu cầu và cường độ, chống hình thành vệt lún bánh xe và mỏi.
Do tần suất tác dụng của máy bay tại một chỗ nhỏ hõn nhiều so với đường ô tô nên yêu cầu đối với chỉ tiêu này không khắt khe như với mặt đường ô tô. Tuy nhiên, mặt đường sân bay chịu tải trọng lớn hõn nên phải sử dụng hỗn hợp bê tông nhựa có độ dãn dài khi phá hoại cao hõn so với bê tông nhựa của đường ô tô. Cần chú ư chống lún vệt bánh xe trên đường lãn.
3. độ nhám.
Do số lần hạ cánh của sân bay không lớn nên yêu cầu đối với độ nhám không cao như đối với mặt đường ô tô, vì bánh máy bay ít làm hao mòn và trõn nhẵn cốt liệu.
độ nhám (độ bám giữa bánh máy bay và mặt đường) của mặt đường khô và sạch thường là phù hợp với yêu cầu. Tuy nhiên khi mặt đường bị ướt thì thường không đủ độ nhám và mặt đường trở nên trõn trượt. Vì vậy, khi xây dựng và khai thác mặt đường sân bay cần đặc biệt chú ư đến độ nhám khi mặt đường ẩm ướt.
để vận hành an toàn, mặt đường sân bay phải đủ độ bám để hãm phanh khi máy bay hạ cánh (hoặc hãm phanh trong trường hợp việc cất cánh bị gián đoạn vì lư do kỹ thuật) và để quay bánh khi máy bay tiếp đất lúc hạ cánh.
để tãng độ bám giữa bánh máy bay với mặt đường, khi xây dựng mặt đường phải bảo đảm việc thoát nước mặt và bảo đảm độ nhám của kết cấu. để tránh đọng nước nên thiết kể độ dốc ngang của đường bãng (từ 1 - 1,5%) lớn hõn độ dốc dọc (tối đa 1,25%).
để đạt được độ nhám vĩ mô, với mặt đường mềm nên dùng bê- tông nhựa vữa đá dãm 0/14 hoặc 0/10mm; với mặt đường bê tông xi mãng thì phải xẻ rãnh tạo nhám. ở mặt đường sân bay vai trò của độ nhám vi mô không rõ ràng. Trên các đường bãng sân bay cấp 4e, 4d, 4c cho phép dùng cốt liệu đá vôi có độ cứng lớn để chế tạo bê tông nhựa.
để nghiệm thu mặt đường và kiểm tra độ bám phải tiến hành các thí nghiệm kiểm tra sau:
- Kiểm tra khe hở giữa thước dài 3m theo hướng dọc và hưởng ngang. Yêu cầu khe hở phải <3mm để mặt đường không đọng nước.
- Kiểm tra lực bám bằng máy đo hệ số ma sát dọc. Yêu cầu hệ số ma sát dọc dưới một màng nước 1mm phải lớn hõn 0,65 ở tốc độ 65km/h, và lớn hơn 0,44 ở tốc độ 100km/h.
- Kiểm tra độ nhám bằng thí nghiệm đo chiều cao cát (22 TCN 65 - 84). Theo ICAO , chiều cao cát 1mm là thoả mãn.
4. Tính không thấm nước.
Nước làm giảm sức chịu tải của kết cấu mặt đường. Do điều kiện thoát nước của mặt đường sân bay khó khãn hõn so với mặt đường tô (khoảng cách thoát nước xa, thời gian thoát nước mặt trên đường bãng lâu) làm cho tính không thấm nước trở thành một yêu cầu chính đổi với mặt đường sân bay. đây là điểm ưu tiên để bảo đảm chất lượng. Muốn vậy, hỗn hợp bê tông nhựa phải có độ chặt và độ dễ thi công cao.
5. Độ bằng phẳng.
Theo khuyến nghị của ICAO (điều 3.1 .24, phụ lục 14) thì "Bề mặt đường bãng không được gồ ghề làm giảm hiệu quả của việc hãm phanh hoặc có hại cho việc cất - hạ cánh của máy bay".
Do tốc độ lãn bánh của may bay lúc cất cánh hoặc hạ cánh rất cao (ví dụ với máy bay Boeing 747, Airbus tốc độ gần đúng khi cất cánh ở cao trình mặt biển là 250 - 280km/h), nên yêu cầu về độ bằng phẳng của đường bãng cao hõn nhiều so với đường ô tô, ảnh hưởng của độ bằng phẳng đến sự an toàn của máy bay quan trọng hõn nhiều so với đường ô tô mà tốc độ chạy xe thấp hõn và có thể hạn chế.
Phụ lục 14 ICAO qui định khe hô dưới thước dài 3m là -3mm để thoát nhanh nước mặt, tránh tạo thành các vũng nước, và độ dốc dọc không được thay đổi quá 2% trên 30m dài.
Trên đường lãn, do tốc độ lãn bánh của máy bay thấp hõn (20- 60km/h)nên yêu cầu về độ bằng phẳng chỉ xấp xỉ với độ bằng phẳng của đường ô tô.
6. Bảo đảm sự toàn vẹn của lớp mặt
Dưới tác dụng của máy bay ứng suất do tải trọng gây ra, nhiên liệu rõi vãi, sự phụt của động cõ phản lực) và của môi rường khí hậu (sự hoá già), mặt đường có thể bị phá hoại dưới các hình thức:
- Nứt và rạn vở làm cho mặt lượng bị thấm nước.
- Biến dạng (lún, sệ, vệt bánh, mặt cắt chữ W).
Những hư hỏng này làm cho lớp mặt mất tính toàn khối và vật liệu bị bong bật, có khả nãng gây ra những tai nạn nghiêm trọng khi chúng bị động cõ phản lực hút vào.
Vì vậy để bảo đảm sự toàn vẹn của mặt đường cần phải:
a. Sử dụng vật liệu ổn định với tác dụng của xãng dầu để làm lớp mặt của sân đỗ máy bay là nõi máy bay đỗ lâu dài, kết hợp bảo dưỡng và sửa chữa. Với đường bãng và đường lãn vấn đề này không cần đặt ra.
Có nhiều biện pháp để chống lại tác dụng ãn mòn của xãng dầu, mà đõn giản nhất là làm sân đỗ bằng bê tông xi mãng.
b. Bảo đảm độ bền chịu phụt. Sự phụt của động cõ máy bay có thể gây ra hai tác dụng đối với mặt đường:
* Tác dụng động lực: Với động cõ cánh quạt, tác dụng này tưõng đối hạn chế. để tránh không cho cốt liệu bị cánh quạt hút bắn vãng mạnh vào máy bay, yêu cầu cốt liệu của lớp mặt phải đủ lực dính.
Tác dụng động lực do sự phụt của động cõ phản lực là lớn nhất. Thí dụ động cõ phản lực của máy bay Boeina 747 khi cất cánh có tốc độ phụt 320km/h tại trục và ở sau động cõ 35m, 240km/h - ở sau động cõ 45m, và 160km/h ở sau động cõ 90m. Với các tốc độ phụt này cốt liệu của mặt đường có thể bị bong bật, các mép đường nứt bị xói và mở rộng, đất lề đường không gia cố bị xói mòn nghiêm trọng.
để tránh xảy ra các hư hỏng này, cần phải:
- Bịt kín tất cả các đường nứt
- Quét sạch sỏi đá và các mảnh vở của vật liệu;
- Rải mặt lề tiếp giáp và sân hãm.
* Tác dụng nhiệt: Sự xâm thực do tác dụng nhiệt của động cõ phản lực phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ phụt.
Một số máy bay quân sự có thể sinh ra một luồng hõi từ 200 - 2500c trên mặt đường sau ống phụt từ 7 - 8m. Một lớp mặt bê- tông nhựa chịu phụt như vậy trong thời gian 2 phút có thể bị biến dạng nghiêm trọng.
Với các máy bay dân dụng, do thiết kế và bố trí các động cõ phản lực khác với máy bay quân sự nên không gây hư hỏng mặt đường. Vì vậy, chỉ cần áp dụng các biện pháp đặc biệt đối với các đường bãng dùng chung cho cả mục đích quân sự.
c Bảo đảm ổn định dưới tác động của môi trường. Do diện tích lớn hõn, độ dốc nhỏ hõn, việc thoát nước khó hõn, tần suất tác dụng máy bay ít hõn, cũng như không được cây cối, nhà cửa che chắn nắng gió... cho nên ảnh hưởng của các điều kiện khí hậu và môi trường đối với mặt đường sân bay lớn hõn so với mặt đường ô tô
Về mùa hè nhiệt độ của mặt đường bê tông nhựa có thể lên tới 60 - 70oC. Khi thiết kế công thức của hỗn hợp bê tông nhựa phải xét cởi điều này để tránh xuất hiện vệt lún bánh xe (bảo đàm cấp phối chặt, dùng cốt liệu có nhiều góc cạnh, dùng nhựa bi tum có độ kim lún thích hợp và đầm chặt đến độ chặt cao). Do lượng vận chuyển của sân bay không lớn, tần suất tác dụng tải trọng nhỏ hõn nhiều so với đường ô tô, nên các đường nứt nhỏ trong bê tông nhựa sân bay không tự hàn kín được làm cho lớp bê tông nhựa chóng bị hoá già.
Vì vậy, khi thiết kế công thức phối hợp của bê tông nhựa cho mặt đường sân bay cần đặc biệt chú ư việc chống hoá già.
Qua những phân tích trên đây chúng ta thấy rõ sự cần thiết biên soạn và ban hành các tiêu chuẩn thiết kế và thi công mặt đường sân bay ở nước ta.
Theo tạp chí GTVT
toan