Giải pháp kỹ thuật khi nâng cấp đường cất hạ cánh 1A CHK Quốc tế Nội Bài

GS. TS. Phạm Huy Khang Trường Đại học Giao thông vận tải ThS. Nguyễn Đình Chung Công ty TNHH MTV Thiết kế và Tư vấn XDCT Hàng không ADCC Người phản biện: TS. Nguyễn Quang Phúc TS. Nguyễn Trọng Hiệp

Tóm tắt: Bài báo giới thiệu giải pháp nâng cấp kết cấu mặt đường bê tông xi măng (BTXM) đường cất hạ cánh (CHC) 1A - Cảng Hàng không Quốc tế (HKQT) Nội Bài đã khai thác từ năm 1976 và đã xuất hiện hư hỏng bằng kết cấu bê tông nhựa (BTN) đảm bảo khai thác các loại máy bay code E.

Từ khóa: Giải pháp nâng cấp kết cấu mặt đường BTXM, đường cất hạ cánh, Cảng Hàng không Quốc tế Nội Bài.

Abstract: The Article introduce solutions upgraded the concrete pavement of 1A runway at Noi Bai International Airport, exploited since 1976 and appear  corruption as for Construction of Hot Mix Asphalt Concrete Pavement, to guarantee exploitation of code E - Aircraft.

Keywords: Upgrade Solution textured cement concrete pavement, runways, airports Noi Bai International.

1. Đặt vấn đề

Đường CHC 1A - Cảng HKQT Nội Bài được xây dựng từ năm 1964, đến năm 1976 được nâng cấp và kéo dài thêm 400m về phía Đông và khai thác từ đó đến nay được 38 năm. Do thời gian xây dựng, khai thác đã lâu nên mặt đường bị hư hỏng, xuống cấp nghiêm trọng. Hình thức hư hỏng nặng nhất là gẫy góc, gẫy tấm, tập trung chủ yếu tại các tấm khu vực giữa đường CHC đầu 11L, loại hư hỏng này rất nguy hiểm và có thể gây nổ lốp máy bay, uy hiếp an toàn bay. Việc nâng cấp đường CHC 1A là rất cần thiết nhưng phải đáp ứng được các tiêu chí sau: Không ảnh hưởng đến khai thác, kết cấu đảm bảo khai thác các loại máy bay code E (tải trọng 250 tấn trở lên, áp suất bánh hơi >13,7kG/cm²), thời gian thi công nhanh, đảm bảo khớp nối và tiếp êm với hệ thống đường lăn dân dụng và quân sự.

2. Những vấn đề kỹ thuật đặt ra

Việc nâng cấp mặt đường BTXM nói chung là một vấn đề khá phức tạp, nhất là với mặt đường cất, hạ cánh trong cảng hàng không. Vấn đề lựa chọn giải pháp trong thiết kế để đảm bảo các tiêu chí kỹ thuật khắt khe của đường cất hạ cánh là một vấn đề kỹ thuật phức tạp đặc biệt là chọn loại mặt đường nâng cấp bằng bê tông hoặc bằng BTN. Do vấn đề trong yêu cầu khai thác, mặt đường nâng cấp tại đường CHC 1A Cảng HKQT Nội Bài sử dụng mặt đường bằng BTN. Các giải pháp khi thiết kế, chống nứt phản ánh… cần được nghiên cứu để đảm bảo an toàn bay và độ bền vững lâu dài của mặt đường.

3. Hiện trạng đường CHC 1A

- Hướng: 106⁰ 52’ - 286⁰ 52’; kích thước: 3200x45m; lề vật liệu: 2x7,5m; cao độ trung bình: 11m.

Kết cấu đường CHC 1A:

- Khu vực từ H0-H28: Lớp BTXM ở lớp trên: 25cm; lớp BTXM ở lớp dưới: 18-22cm; lớp móng cát dày: 15-20cm.

- Khu vực H28-H32: Lớp BTXM: 40cm; lớp cát gia cố xi măng: 20cm.

Hình 3.1: Một số hình ảnh hư hỏng mặt đường

 

4. Giải pháp nâng cấp

4.1. Lựa chọn máy bay tính toán

- Tần suất hoạt động: 11.200 lần/năm;

- Tải trọng tính toán Max: 396.894kG;

- Số bánh trên càng chính: 4 bánh;

- Hệ số phân bố tải trọng: 23,2%;

- Áp suất bánh hơi: 13,7 kg/cm².

4.2. Tính toán chiều dày các lớp BTN nâng cấp

Công thức tính toán:

  (1)

 

Hoặc

 

    (2)

 

Trong đó:

F - Hệ số kiểm tra sự hình thành vết nứt;

C_b - Hệ số đánh giá sự hư hỏng của mặt đường hiện;

h - Chiều dày tấm BTXM cần thiết (cm);

h_e - Chiều dày tấm BTXM hiện hữu (cm);

E_b­ - Mô-đun đàn hồi tấm BTXM (MPa);

E_ab­ - Mô-đun đàn hồi lớp BTN (MPa;

t_en - Chiều dày tấm BTXM làm mới (cm);

t_ed - Chiều dày tấm BTXM hiện hữu (cm);

t_ab - Chiều dày các lớp BTN cần nâng cấp (cm);

t_{ab, min} - Chiều dày tối thiểu lớp BTN khi nâng cấp (cm).

Chiều dày nâng cấp 21cm BTN, chia thành 3 lớp như sau:

- BTN Polymer C12,5 dày 7cm;

- BTN C19 dày 7cm;

- Lưới địa kỹ thuật chống nứt phản ảnh;

- BTN C19 dày trung bình 7cm;

- Kết cấu hiệu hữu BTXM.

Hình 4.1: Kết cấu nâng cấp đường CHC 1A

 

4.3. Giải pháp chống nứt phản ảnh

Một trong những vấn đề rất quan trọng đặt ra là phải xử lý hiện tượng nứt phản ảnh khi sử dụng BTN nâng cấp trên mặt đường BTXM hiện hữu. Sau khi nghiên cứu một số loại lưới tăng cường chống nứt phản ảnh, nhóm thiết kế đề xuất sử dụng lưới GlasGrid (cốt sợi thủy tinh) trải giữa hai lớp BTN C19 chống nứt phản ảnh.

Hình 4.2: Lưới GlasGrid chống nứt phản ảnh

 

Các chỉ tiêu chính của lưới GlasGrid như sau:

Hình 4.3: Thi công lưới GlasGrid chống nứt

 

4.4. Giải pháp cấp phối BTN

Với yêu cầu lớp mặt BTN polymer phải chịu được tác dụng của tải trọng máy bay gần 400 tấn và áp suất bánh hơi 13,7kG/cm². Sau khi nghiên cứu và thiết kế nhiều loại cấp phối BTN và BTNP khác nhau, lựa chọn thành phần cấp phối BTNP 12,5 và BTN 19 như sau:

BTN Polime 12.5 [4,6] có thành phần cho 1 tấn BTN như sau:

- Đá 1 x 2 nhỏ (Bazan):        35% (331,45kG)

- Đá mạt (Bazan):               34% (321,98kG)

- Mi bột (Bazan):                 10% (94,70kG)

- Cát vàng Vĩnh Phúc:         15% (142,05kG)

- Bột đá Hà Nam:                6% (56,82kG)

Hình 4.4: Biểu đồ cấp phối BTN 12,5P

 

Hàm lượng nhựa ADCo PMB III tối ưu:

- Theo cốt liệu: 5,6%                      

- Theo hỗn hợp BTN: 5,30%

Các tính chất cơ lý của BTNP 12,5:

- Hàm lượng nhựa theo cốt liệu: 5,6%

- Tỷ trọng khối đã đầm nén: 2,54g/cm³

- Độ ổn định Marhall: 19,60kN

- Chỉ số dẻo quy ước: 4,00mm

- Độ rỗng cốt liệu: 16,14%

- Độ rỗng dư BTN: 3,03%

- Độ sâu vệt hằn bánh xe: 4,18mm (Phương pháp A - 1617/QĐ-BGTVT).

BTN C19 [5,6] có thành phần cho 1 tấn như sau:

- Đá 1x2 to (Bazan): 16% (152,09kG)

- Đá 1x2 nhỏ (Bazan): 30% (285,18kG)

- Đá mạt (Bazan): 25% (237,65kG)

- Cát vàng Vĩnh phúc: 22% (209,13kG)

- Bột đá Hà Nam: 7% (66,54kG)

Hình 4.5: Biểu đồ cấp phối BTN C19

 

Hàm lượng nhựa ADCo 60/70 tối ưu:

- Theo cốt liệu: 5,20%                     

- Theo hỗn hợp BTN: 4,943%

Các tính chất cơ lý của BTN C19:

- Hàm lượng nhựa theo cốt liệu: 5,20%

- Tỷ trọng khối đã đầm nén: 2,50g/cm³

- Độ ổn định Marhall: 12,59kN

- Chỉ số dẻo quy ước: 3,40mm

- Độ rỗng cốt liệu: 16,53%

- Độ rỗng dư BTN: 4,50%

5. Một số vấn đề cần chú ý

- Cần khảo sát, đánh giá kỹ hiện trạng hư hỏng, phân loại các hư hỏng mặt đường làm cơ sở xác định các hệ số triết giảm trong tính toán;

- Nghiên cứu, thiết kế chi tiết phương án tổ chức thi công, sơ đồ vận hành máy bay trong thời gian thi công để đảm bảo an toan tuyệt đối cho hoạt động bay;

- Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện và bổ sung hướng dẫn thiết kế nâng cấp mặt đường BTXM hiện hữu bằng các lớp mặt đường BTN trong tiêu chuẩn TCCS 02: 2009/CHK - Quy trình thiết kế mặt đường sân bay dân dụng Việt Nam, hiện chưa đề cập trong tiêu chuẩn.

6. Kết luận

Các giải pháp nâng cấp đường CHC 1A - Cảng HKQT Nội Bài đã được nghiên cứu kỹ, có cơ sở khoa học trước khi áp dụng, đáp ứng được đầy đủ các tiêu chí đặt ra về sức chịu tải, yêu cầu khai thác, công nghệ thi công và giá thành xây dựng. Giải pháp thiết kế đã được triển khai thi công cho kết quả tốt và đang tiếp tục được theo dõi đánh giá.

Tài liệu tham khảo

[1]. International Civil Aviation Organization (1983), Aerodrome Design Manual (Doc 9157-AN/901) - Part 3, Pavement, Second Edition.

[2]. CTPOиTEљHЫE HOPMЫ и пPABилA POCCийCKOй фEДEPAции-AЭРОДРОМЫ CHип, 1985 - 1996.

[3]. TCCS 02: 2009/CHK - Quy trình thiết kế mặt đường sân bay dân dụng Việt Nam.

[4]. 22 TCN 356-06, Quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa sử dụng nhựa đường Polymer.

[5]. TCVN 8819:2011, Mặt đường bê tông nhựa nóng - Yêu cầu thi công và nghiệm thu.

[6]. Quyết định số 858/QĐ-BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ GTVT về việc Ban hành hướng dẫn áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quả lý chất lượng thiết kế và thi công mặt đường bê tông nhựa nóng đối với các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn.