Hiện trạng hằn lún vệt bánh tàu bay tại một số sân bay, nguyên nhân và giải pháp khắc phục

ª GS. TS. Phạm Huy Khang Trường Đại học Giao thông vận tải ª ThS. Nguyễn Đình Chung Công TNHH MTV Thiết kế và Tư vấn XDCT Hàng không ADCC Người phản biện: GS. TS. Nguyễn Xuân Đào PGS. TS. Nguyễn Hữu Trí

Tóm tắt: Bài báo cáo thống kê một số hư hỏng hằn lún vệt bánh (HLVB) tàu bay tại một số sân bay của Việt Nam, đánh giá các nguyên nhân và đề xuất giải pháp khắc phục.

Từ khóa: Hằn lún vệt bánh tàu bay, sân bay Việt Nam.

Abstract: The Article counts corrupted rutting of  taxiway and runway at Airport in Vietnam, estimates courses to corrupt rutting and offer solutions to surmount rutting.

Keywords: Subsidence vicious streak cake aircraft, airport Vietnam.

 

 1. Đặt vấn đề

Quá trình khai thác tại các sân bay ở nước ta có kết cấu bê tông nhựa (BTN) trong những năm qua, xuất hiện nhiều vệt lún tại vị trí bánh tàu bay vận hành, dẫn tới sự suy giảm chất lượng khai thác mặt đường, gây nguy hiểm trong quá trình khai thác. Vì vậy, việc nghiên cứu sâu về bản chất, nguyên nhân, giải pháp khắc phục HLVB tàu bay là cần thiết. Dựa trên những những kết quả nghiên cứu HLVB máy bay của thế giới cũng như những kết quả nghiên cứu HLVB xe trong các công trình giao thông đường bộ để đưa ra các giải pháp khắc phục là rất cần thiết.

2. Hiện trạng HLVB tại các sân bay

Kết cấu mặt đường BTN được áp dụng xây dựng tại nhiều sân bay trên thế giới chiếm 62,43% (226/362 sân bay quốc tế). Nước ta có 22 sân bay đang được khai thác, có 8 sân bay quốc tế, 14 sân bay nội địa. Sân bay có kết cấu mặt đường BTN đang được khai thác 11/22 sân bay (chiếm 50%), kết cấu mặt đường BTN và bê tông xi măng (BTXM) kết hợp chiếm 3/22 sân bay (chiếm 14%), kết cấu mặt đường BTXM 8/22 sân bay (chiếm 36%).

Các sân bay trên thế giới, hiện tượng HLVB tàu bay trên mặt đường BTN cũng khá phổ biến, đã được quan tâm nghiên cứu và đưa ra các giải pháp khắc phục. Ở nước ta những năm gần đây, hiện tượng HLVB tàu bay (Rutting depth) xuất hiện rất nhiều, gây mất an toàn bay, nhiều sân bay phải đóng cửa để sửa chữa ảnh hưởng lớn đến kế hoạch khai thác của các hãng hàng không (Hình 2.1).

Các tuyến đường ô tô cũng xuất hiện nhiều HLVB xe nhưng đã được Bộ GTVT quan tâm chỉ đạo, sự vào cuộc của các chuyên gia trong và ngoài nước, có nhiều nghiên cứu đánh giá nguyên nhân gây HLVB xe và đề xuất nhiều giải pháp khắc phục, đến nay vẫn chưa có bất kỳ một công trình nghiên cứu cụ thể nào về HLVB tàu bay tại các sân bay của nước ta.

Hình 2.1: HLVB tàu bay tại một số sân bay

 

Nhận xét:

1. Việc sử dụng kết cấu mặt đường BTN đang là một xu thế với nhiều ưu điểm như: Êm thuận cho việc cất, hạ cánh và vận hành của tàu bay, sử dụng nguồn vật liệu địa phương, thời gian thi công nhanh, giá thành rẻ và thuận lợi cho công tác duy tu bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp sẽ được sử dụng ngày càng nhiều tại các sân bay.

2. Theo quy định của Tổ chức Hàng không dân dụng thế giới (ICAO) và TCVN 8753:2011, kết cấu BTN phải đảm bảo chịu được tác dụng của tải trọng của tàu bay, bền, chắc, ổn định và toàn vẹn trong mọi điều kiện thời tiết và không bị phá hoại. Theo đó, Điều 3.1.24, ANNEX 14 thì “Bề mặt của đường băng không được gồ ghề làm giảm hiệu quả của việc hãm phanh hoặc ảnh hưởng xấu đến việc cất hạ cánh của tàu bay” và quy định khe hở dưới thước dài 3m là ± 3mm. Với các vệt hằn sâu >5mm và gây đọng nước sẽ nguy hiểm cho máy cất hạ cánh với tốc độ cao từ 250 - 300 km/h.

3. HLVB máy bay xảy ra tại nhiều sân bay trong cả nước, từ Bắc đến Nam ở nhiều vùng khí hậu và điều kiện tự nhiên khác nhau.

4. HLVB máy bay xảy ra với cả các dự án đã đưa vào khai thác từ 3 - 5 năm và các dự án vừa mới đưa vào khai thác.

5. Với các khu vực chịu ảnh hưởng lớn của tải trọng máy bay (đường lăn, 150m hai đầu đường cất, hạ cánh, khu vực nút giao) xuất hiện nhiều hư hỏng hơn, chiều sâu vệt hằn lún cũng lớn hơn.

6. Qua kiểm tra thực tế hiện trường các khu vực hư hỏng trong quá trình sửa chữa, kết cấu lớp mặt có 1 lớp BTN polime phía trên và 2 lớp BTN C19 phía dưới thì lớp BTN C19 thường bị xô trượt vật liệu, kém dính, rời rạc khi khoan mẫu. Với kết cấu lớp mặt là các lớp BTN thường thì hư hỏng xuất hiện ở lớp 1 và lớp 2.

7. Kết cấu mặt đường BTN được xây dựng bằng các lớp móng cấp phối đá gia cố xi măng hoặc bê tông nghèo không bị hư hỏng hoặc biến dạng, chỉ xuất hiện hư hỏng trong lớp vật liệu BTN.

8. Với các sân bay được thi công theo cấp phối quy định trong 858/QĐ-BGTVT ít bị HLVB hơn là các sân bay được thi công theo cấp phối quy định trong TCVN 8819:2011.

9. Kết cấu BTN có tăng cường lưới Glassgrid với cường độ chịu kéo 100kN/m có khả năng chống trượt và kháng lún tốt hơn.

10. Trong cùng một khu vực kết cấu, cùng điều kiện khai thác, nhiệt độ môi trường nhưng chỉ xuất hiện hư hỏng cục bộ ở một số vị trí, các chỗ khác không bị hư hỏng.

3. Phân tích nguyên nhân

HLVB tàu bay biểu thị sự tích lũy liên tục của các biến dạng vĩnh cửu gia tăng dưới tác dụng của tải trọng lặp của bánh tàu bay. Các nguyên nhân chủ yếu gây ra HLVB tàu bay:

3.1. Tải trọng thiết kế và thực tế khai thác

Tải trọng thiết kế quy định trong TCVN 10907:2015 tính toán cho các loại tàu bay khai thác được quy đổi về máy bay tính toán. Tải trọng tiêu chuẩn lớn nhất 85 tấn với càng 4 bánh (21,25 tấn/1 bánh), áp suất bánh hơi 1,5MPa. Thực tế khai thác tại các Cảng Hàng không quốc tế Nội Bài, Tân Sơn Nhất với các dòng tàu bay A321, B787-900, B777-300/200, B747-400/800, A350-900… đều có tải trọng càng hoặc áp suất bánh hơi lớn hơn rất nhiều (Bảng 3.1).

Bảng 3.1

 

Tải trọng trên càng bánh chính của các loại tàu bay đang khai thác trên các sân bay lớn hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn, trong tính toán kết cấu, chiều dày kết cấu thực tế/đường kính vệt bánh tương đương >2 lần, vượt ra ngoài toàn đồ tính toán.

3.2. Biến dạng của lớp BTN do nhiệt độ môi trường

Hiện tại chưa có nghiên cứu cụ thể về nhiệt độ mặt đường BTN tại các sân bay Việt Nam. FAA (Cục Hàng không liên bang Mỹ) cũng đã chỉ ra “nhiệt độ mặt đường BTN đóng vai trò quan trọng trong HLVB tàu bay và cần lựa chọn đúng loại nhựa để hạn chế HLVB.

Tuy nhiên, nhiệt độ mặt đường có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ không khí xung quanh. Nhiệt độ lớn nhất mặt đường được tính theo công thức sau:

 

 

 

 

 

Theo số liệu thống kê nhiệt độ không khí trung bình của 7 ngày nóng nhất trong năm trong thời gian 5 năm gần đây được đo đạc tại các trạm khí tượng gần các khu vực các sân bay và nhiệt độ đo thực tế tại mặt đường các sân bay tại thời điểm có nhiệt độ không khí cao được thể hiện trong Bảng 3.2.

Bảng 3.2

 Trong đó: 

T_{bề mặt} - Nhiệt độ thực tế được tác giả đo tại các bề mặt sân bay;

T_20mm - Nhiệt độ thực tế lớn nhất của mặt đường ở độ sâu 20mm được cộng thêm 2 độ.

BTN là vật liệu có tính nhớt đàn hồi dẻo và rất nhậy cảm với nhiệt độ môi trường, nhiệt độ mặt đường BTN trong sân bay chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ không khí, số giờ nắng, lượng bức xạ, độ ẩm không khí, gió… Nhiệt độ khi tính toán theo số liệu thống kê tại các trạm khí tượng gần khu vực sân bay thấp hơn so với số liệu được đo thực thế tại sân bay trung bình 2,59 ⁰C tùy thuộc vào mật độ khai thác tại các sân bay có xét đến ảnh hưởng gia tăng nhiệt độ khi hạ cánh bánh tàu bay tiếp xúc với mặt đường từ 5 - 6⁰C.

3.3. Chất lượng thi công nền đất, các lớp móng, lớp mặt BTN

Chất lượng thi công nền đất, các lớp móng và lớp mặt BTN có ảnh hưởng rất lớn đến HLVB máy bay, đòi hỏi công tác kiểm soát chất lượng vật liệu, đặc biệt là kiểm soát chất lượng trong quá trình thi công mặt đường BTN.

3.4. Thiếu hệ thống tiêu chuẩn và quy trình thi công, nghiệm thu

Việt Nam chưa có quy trình thi công và nghiệm thu lớp mặt đường BTN trong xây dựng sân bay. Đây là một thiết sót rất lớn và trên thực tế vẫn dùng chung tiêu chuẩn của đường bộ mà giữa đường bộ, sân bay có sự khác nhau rất lớn về tải trọng tác dụng, điều kiện khai thác. Các nước phát triển đều có tiêu chuẩn quy định cấp phối, thi công và nghiệm thu riêng cho sân bay. Độ ổn định nhiệt và sức chịu tải của BTN thường lớn hơn gấp 2 lần so với đường bộ.

4. Giải pháp khắc phục

- Nghiên cứu bổ sung từng bước hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế phù hợp với thực tế khai thác tại các sân bay;

- Nghiên cứu và ứng dụng các loại cấp phối BTN của FAA trong tiêu chuẩn AC 150/5370-10E (2009) Standards for Specifying Construction of Airport để ứng dụng xây dựng mặt đường sân bay của Việt Nam;

- Khi thiết kế mặt đường mềm sân bay cần quan tâm đến nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến mặt đường BTN. Khi có số liệu thống kê đo tại các sân bay thì lấy theo số liệu đo, nếu không có thì có thể áp dụng công thức để tính toán nhiệt độ mặt đường và tùy theo tần suất khai thác tại các sân bay cộng thêm từ 2,5 - 3⁰C có xét đến ảnh hưởng gia tăng nhiệt độ khi hạ cánh bánh tàu bay tiếp xúc với mặt đường từ 5 - 6⁰C;

- Sử dụng vật liệu nhựa polime hoặc các sản phẩm phụ gia làm tăng độ ổn định nhiệt của cấp phối BTN;

- Sử dụng vật liệu gia cố xây dựng lớp móng trên và lưới địa kỹ thuật Glassgrid chống nứt phản ảnh và chống trượt giữa các lớp BTN nhằm tăng khả năng chống HLVB tàu bay;

- Tăng cường công tác kiểm soát chất lượng vật liệu, kiểm soát quá trình thi công trên các công trường.

5. Kết luận

- HLVB tàu bay xảy ra rất phổ biến ở các nước trên thế giới và ở nước ta, các nước trên thế giới đều đã đưa ra giải pháp xử lý HLVB hiệu quả. Đến nay, vẫn chưa có một công trình nghiên cứu cụ thể nào về HKVB tàu bay tại các sân bay của nước ta.

- Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng HLVB tàu bay và tác giả đề xuất các giải pháp khắc phục phù hợp với hoạt động khai thác tại các sân bay ở nước ta.

- Sớm có những nghiên cứu chi tiết, cụ thể hơn cho từng sân bay theo từng khu vực điều kiện thời tiết, điều kiện xây dựng và khai thác... để sớm khắc phục được hiện tượng HLVB đảm bảo an toàn trong khai thác.

- Kiến nghị Bộ GTVT, Cục Hàng không Việt Nam chủ trì nghiên cứu, biên soạn tiêu chuẩn thi công, nghiệm thu mặt đường BTN trong xây dựng sân bay.

Tài liệu tham khảo

[1]. International civil Aviation organization (1983), Aerodrome design manual (Doc 9157-AN/901) - Part 3, Pavement. Second Edition.

[2]. Advisory circular - AC No 150/5320-6E (2009), Airport Pavement design and evaluation.

[3]. Advisory Circular - AC 150/5370-10E (2009), Standards for specifying construction of airport.

[4]. CTPOиTEљHЫE HOPMЫипPABилA POCCийCKOйфEДEPAции-AЭРОДРОМЫ CHип 2.05.08 - 1985 - 1996.

[5]. Prof. Hamed M.H. Alani - Civil Eng. Dept./ Baghdad University and others (2010), The transition to PG Grading system for asphalt cement in Iraq.

[6]. TCVN 10907:2015, Sân bay dân dụng -  Mặt đường sân bay - Yêu cầu thiết kế.

[7]. 22 TCN 356-06, Quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đường BTN sử dụng nhựa đường Polymer.

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

[9]. 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 BTN nóng đối với các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn.