Nghiên cứu áp dụng đánh giá mức độ hư hỏng của một tuyến đường căn cứ vào chỉ số

TS. Lê Anh THẮNG Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh ThS. Phan Văn Sơn Công ty Tư vấn Xây dựng Cao Cường Người phản biện: TS. Nguyễn Mạnh Tuấn TS. Nguyễn Duy Liêm

Tóm tắt: Bài báo sử dụng hệ thống chỉ số để lượng hóa mức độ xuống cấp của một mặt đường hiện hữu. Một tuyến đường trong phạm vi khu vực TP. Hồ Chí Minh đã được chọn để khảo sát. Bên cạnh việc đánh giá bằng các chỉ số, khảo sát lấy ý kiến của người dân cũng đã được thực hiện. Sự phù hợp về kết quả nhận định từ các cách tiếp cận khác nhau cho thấy phương pháp đánh giá dựa theo chỉ số có thể áp dụng tốt trong quản lý hệ thống đường ô tô ở Việt Nam.

Từ khóa: Hư hỏng mặt đường, quản lý mặt đường ô tô, chỉ số đánh giá.

Abstract: The paper uses an index system to quantify the level of degradation of an existing pavement. A road located in area of Ho Chi Minh City has been selected for the survey. Besides the evaluation of these indicators, the survey consulted people were also taken. Suitability of assessment results from different approaches indicated that assessment methods based on indicators that can be applied well in managing the road system in Vietnam.

Keywords: Pavement distresses, pavement management system, evaluation index system.

1. Giới thiệu

Những năm gần đây, chi phí cho công tác duy tu và bảo dưỡng đường đã chiếm một phần khá lớn trong tổng chi ngân sách hàng năm phục vụ cho phát triển hạ tầng giao thông. Đối với công trình đường ô tô, bảo dưỡng bao gồm nhiều hoạt động. Mục tiêu chính của bảo dưỡng là giữ cho khả năng phục vụ của mạng lưới đường ô tô ở trạng thái hoạt động tốt nhất. Điều này đòi hỏi phải luôn can thiệp đúng lúc và phù hợp trong việc duy trì tuổi thọ tối đa của mỗi loại vật liệu hay cấu kiện, phục hồi sự làm việc trước thời hạn mà chúng cần thay thế.

Khó khăn về nguồn lực tài chính không cho phép chúng ta tiến hành bảo dưỡng tất cả các hạng mục và các công trình đến hạn hoặc bị xuống cấp. Do đó, cần phải có sự đánh giá tổng quan hệ thống đường trước khi xác lập mức độ ưu tiên cho các đối tượng được phép bảo dưỡng. Những quyết định hợp lý luôn mang lại lợi ích về phương diện kinh tế - kỹ thuật và an toàn cho người sử dụng. Nói cách khác, phương pháp đánh giá phù hợp là vấn đề quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của hoạt động bảo dưỡng và sửa chữa công trình [1].

Các phương thức đánh giá mức độ hư hỏng của mặt đường, có kèm theo các chỉ số định lượng đã được đề nghị và nghiên cứu. Các chỉ số định lượng thường là các chỉ số tổng hợp của các dạng hư hỏng khác nhau. Có rất nhiều chỉ số tổng hợp khác nhau, một vài chỉ số được liệt kê như sau [2]:

- PCR (Pavement Condition Rating): Chỉ số phân loại tình trạng kết cấu đường;

- SCR (Surface Condition Rating): Chỉ số phân loại tình trạng bề mặt đường;

- PQI (Pavement Quality Index): Chỉ số chất lượng mặt đường;

- CI (Condition Index): Chỉ số tình trạng, bao gồm chỉ số tình trạng kết cấu CIstruct (Pavememt Structure Condition Index) và chỉ số tình trạng mặt đường CIsurf (Pavement Surface Condition Index);

- PSI (Present Service Index): Chỉ số khả năng phục vụ hiện tại của mặt đường.

Bài báo tập trung vào chỉ số PCR, thí điểm áp dụng cho tuyến đường Lê Văn Lương ở khu vực TP. Hồ Chí Minh. Chỉ số PCR được chọn vì nó là hệ số tổng hợp của các dạng hư hỏng thường gặp. Các dạng hư hỏng điển hình đó bao gồm nứt dạng mạng AC, nứt chạy dọc LC, chạy ngang đường TC, lún vết bánh xe RU, vết vá hay ổ gà PA và cả độ gồ ghề IRI. Ngoài ra, biểu thức xác định PCR cũng khá đơn giản và dễ áp dụng.

2. Chỉ số PCR [2]

Chỉ số PCR, biểu thức 1 là chỉ số đánh giá tổng hợp tất cả các dạng hư hỏng thường gặp SCR và chỉ số liên quan đến độ gồ ghề RCI. RCI được xác định theo biểu thức 2, RCI là hàm của độ gồ ghề IRI. SCR là chỉ số tổng hợp của nhiều dạng xuống cấp mặt đường, được xác định theo biểu thức 3. AC, LC, TC, RU, PA là các chỉ số đánh giá mức độ hư hỏng của các dạng xuống cấp khác nhau, đã được đề cập ở phần trên. Trong biểu thức 1, PCR sẽ bằng SCR khi không có số liệu về độ gồ ghề. PCR sẽ bằng RCI, khi không có số liệu hư hỏng mặt đường. Hệ số 0,6 và 0,4 thể hiện mức độ quan trọng của các dạng xuống cấp của mặt đường. SCR chiếm trọng số là 60% và RCI là 40%.

PCR = 0,6SCR + 0,4RCI                                              (1)

RCI = 32*[5* (2,718282 ^ (-0,0041*Trung bình(IRI))]             (2)

SCR = 100 – [(100 – AC) + (100 – LC) + (100 – TC) + (100 –RU) + (100 – PA)                                                                  (3)

PCR sẽ có giá trị thay đổi trong khoảng từ 0-100 (điểm). Căn cứ vào trị số của PCR, mặt đường được đánh giá theo các mức độ khác nhau [1]. Rất kém: PCR £ 60; kém: PCR = 61÷70; bình thường : PCR = 71÷84; tốt: PCR = 85÷94; rất tốt: PCR = 95÷100. 

Các dạng hư hỏng được đánh giá theo tần suất xuất hiện và mức độ nghiêm trọng. Hư hỏng xuất hiện càng nhiều hoặc với mức độ càng nặng thì PCR, RCI càng bé. PCR được xác định trên từng phân đoạn. Các biểu thức dưới đây sử dụng cho chiều dài phân đoạn là 100m.

2.1. Chỉ số nứt dạng lưới AC

Đối với dạng nứt lưới (Hình 2.1), cấp độ hư hỏng được xác định căn cứ vào bề rộng vết nứt t(mm) và chiều dài trung bình cạnh d(mm) của đơn thể nứt, đa giác màu sáng. Hư hỏng được chia làm ba cấp độ là thấp (L), trung bình (M) và cao (H). Theo bề rộng vết nứt t, hư hỏng được đánh giá là loại L nếu t £ 6mm; loại M nếu 6mm < t £ 19mm và loại H nếu t > 19mm.

Hình 2.1: Hư hỏng dạng lưới đa giác

Theo kích thước cạnh d, hư hỏng được cho là loại L nếu d £ 330mm hoặc là khi các đường nứt chưa đủ để hình thành lưới như Hình 2.1a. Nói cách khác, đường nứt chỉ mới là các vết nứt dọc chưa hoặc có ít kết nối lại với nhau, chưa có hiện tượng bong tróc vết nứt. Hư hỏng được xếp loại M nếu 150mm < d £ 330mm và loại H nếu d < 150mm. Khi t và d được xác định đồng thời thì hư hỏng được phân chia cấp độ theo Hình 2.1b. Biểu thức sau được dùng để xác định trị số AC theo mức độ của hư hỏng:

AC = 100 – 40[(%L)/70 + (%M)/20 + (%H)/10]          (4)

Trong đó:

%L - Phần trăm diện tích hư hỏng loại L trong phân đoạn đường khảo sát;

%M - Phần trăm diện tích hư hỏng loại M;

%H - Phần trăm diện tích hư hỏng loại H.

Các hệ số 70, 20, 10 là các giới hạn cho phép tương ứng của các mức độ hư hỏng. Điển hình là ở mức L, khi %L đạt 70% và các cấp độ hư hỏng khác là 0% thì AC sẽ nhận giá trị bằng 60. Với AC bằng 60 và không xét các dạng hư hỏng khác, PCR sẽ bằng 60 và được đánh giá ở loại “rất kém”. Nếu trên đoạn đường khảo sát có nhiều cấp độ hư hỏng thì tỷ lệ kéo điểm AC xuống nhiều nhất là %H, kế đến là %M và %L.

2.2. Chỉ số nứt dọc LC

Đối với dạng nứt chạy dọc theo trục của tuyến đường LC (Longitudinal Cracking) (Hình 2.2a), mức độ hư hỏng mặt đường được đánh giá theo bề rộng vết nứt t(mm). Hư hỏng dạng LC được đánh giá là loại L nếu t £ 6mm, loại M nếu 6mm < t £ 19mm, và loại H nếu t > 19mm:

LC = 100 – 40 [(%L) / 1110 + (%M) / 630 + (%H) / 240]   (5)

Trong đó: %L, %M, %H - Phần trăm chiều dài vết nứt so với chiều dài đoạn khảo sát, ở các cấp độ hư hỏng tương ứng. Khi một trong ba trị số %L, %M, %H đạt tới giá trị giới hạn cho phép là 1110, 630, 240 thì LC sẽ xuống đến 60 và tuyến đường khảo sát được cho là bị hư hỏng nặng do nứt dọc. Các trị số %L, %M, %H có thể lớn hơn 100% vì trên đoạn đường khảo sát có thể có nhiều hơn một đường nứt dọc. LC có thể âm. Nếu chỉ số LC âm thì lấy LC bằng 0.

2.3. Chỉ số nứt ngang TC

Đối với dạng nứt ngang đường TC (Transverse Cracking) (Hình 2.2b), cấp độ hư hỏng mặt đường được đánh giá theo bề rộng vết nứt t(mm). Phạm vi giá trị t cho từng phân cấp được lấy tương tự như hư hỏng dạng LC:

TC = 100 – {20[(nL)/48 + (nM)/24] + 40[(nH)/6]} (6)

Trong đó: nL, nM, nH - Số lượng vết nứt ngang mặt đường trong phân đoạn khảo sát, ở các cấp độ hư hỏng tương ứng. Số vết nứt được tính là tổng chiều dài vết nứt ngang trong phân đoạn khảo sát chia cho chiều rộng làn đường. Khi một trong ba trị số nL, nM, nH đạt tới giá trị giới hạn cho phép là 48, 24, 6 thì sẽ TC xuống đến 60 và tuyến đường khảo sát được cho là bị hư hỏng nặng do nứt ngang.

Hình 2.2: Các dạng hư hỏng mặt đường

2.4. Chỉ số lún

Đối với hư hỏng dạng lún vệt bánh xe RU (Rutting) (Hình 2.2c), cấp độ hư hỏng được xác định căn cứ vào độ sâu lún d. Hư hỏng được đánh giá là loại L nếu 5mm £ d £ 13mm, loại M nếu 13mm < d £ 25mm và loại H nếu t > 25mm. Những vệt lún có d < 5mm thì có thể bỏ qua:

RU = 100 – 40[(%L)/160 + (%M)/80 + (%H)/40] (7)

Trong đó: %L, %M, %H - Phần trăm hư hỏng lún đo được trong phân đoạn khảo sát, ở các cấp độ hư hỏng tương ứng. Phần trăm hư hỏng được tính bằng số vết nứt ở từng cấp độ chia cho 10 và nhân cho 100%. Khi một trong ba trị số %L, %M, %H đạt tới giá trị giới hạn cho phép là 160, 80, 40 thì sẽ RU xuống đến 60. Khi RU bé hơn hoặc bằng 60, tuyến đường khảo sát được cho là bị hư hỏng nặng do lún vệt bánh xe.

2.5. Chỉ số vá mặt đường PA

Chỉ số vá mặt đường PA (Patching) phản ánh mức độ ảnh hưởng đến độ êm thuận của mặt đường do vá mặt đường hoặc ổ gà gây ra. Các vết vá có thể là vá ổ gà, vá lỗ thủng, tái lập mặt đường sau khi thi công cống ngầm, hố ga thoát nước nằm dưới lòng đường (Hình 2.2d):

PA = 100 - 40[(%PA)/80]                             (8)

Trong đó: %PA - Phần trăm diện tích vết vá hoặc ổ gà chia cho diện tích của làn đường khảo sát. Khi %PA đạt tới giá trị giới hạn cho phép là 80 thì sẽ PA xuống đến 60, tuyến đường khảo sát bị đánh giá kém do có nhiều diện tích vết vá hoặc ổ gà. Chỉ số PA có thể nhận giá trị âm, khi đó coi PA bằng 0.

3. Tuyến đường khảo sát

Đường Lê Văn Lương là được chọn là tuyến thí điểm khảo sát. Tuyến khảo sát gồm hai làn xe, thuộc địa bàn quận 7 - TP. Hồ Chí Minh, đoạn nối từ đường Trần Xuân Soạn đến đại lộ Nguyễn Văn Linh. Đoạn tuyến từ Trần Xuân Soạn đến Nguyễn Thị Thập đi qua phường Tân Hưng và Tân Kiểng với tổng chiều dài khoảng 1.328m. Mỗi phân đoạn có chiều dài là 100m. Mặt đường hiện hữu rộng từ 7,0 ÷ 7,4m, trung bình là 7,1m, vỉa hè rộng từ 3 ÷ 5m với hệ thống cáp điện, điện thoại và cấp nước, thoát nước tương đối hoàn chỉnh. Đường Lê Văn Lương được xây dựng hoàn chỉnh vào khoảng năm 2000, đến năm 2007 - 2008 mặt đường bị đào xới để thi công một số hạng mục cấp - thoát nước nhưng công tác tái lập chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật [3].

Công tác khảo sát đo đạc số liệu về các dạng hư hỏng mặt đường được tiến hành theo ba bước: (1) Khảo sát đo đạc số liệu về các dạng hư hỏng mặt đường, công tác này do nhân viên Công ty Cao Cường thực hiện có cán bộ giám sát độc lập, tiến hành trong hạng mục khảo sát địa hình (đo vẽ bình đồ, trắc dọc, trắc ngang). Kiểm tra số liệu và kết quả khảo sát đo đạc, xác định các chỉ số; (2) thí nghiệm đo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI mặt đường Lê Văn Lương đoạn từ Trần Xuân Soạn đến Nguyễn Thị Thập được thực hiện bởi Phòng Thí nghiệm & Kiểm tra chất lượng (Trung tâm Kỹ thuật Đường bộ 7 - Khu Quản lý Đường bộ 7 - Tổng cục ĐBVN); (3) lấy ý kiến của người dân sinh sống trên tuyến đường khảo sát.

Phương pháp thí nghiệm đo chỉ số IRI là phương pháp gián tiếp theo 22TCN 277-01. Thiết bị đo mặt cắt dọc chuyên dụng (Profile Beam), được sử dụng để xác định IRI trên các đoạn định chuẩn (302m). Thiết bị đo xóc kiểu phản ứng Romdas dùng để xác định chỉ số IRI trên toàn tuyến thông qua giá trị độ xóc VR, thiết bị này được lắp trên xe ô tô chạy với tốc độ 40km/h. Áp suất hơi bánh xe trước và bánh xe sau đều bằng 2,5kgf/cm².

4. Kết quả khảo sát

4.1. Kết quả xác định các chỉ số

Hình 4.1 thể hiện chỉ số đánh giá mức độ xuống cấp mặt đường của tuyến khảo sát. Các dạng hư hỏng được phân loại và ước lượng thành các hệ số. Biểu thức tính các hệ số này đã được trình bày ở trên. Kết quả khảo sát cho thấy đoạn đường có số thứ tự từ 6 - 11 bị hư hỏng nghiêm trọng, chỉ số SCR £ 70. Ngoài bị hư hỏng nhiều, đoạn đường có số thứ tự từ 6 - 11 còn có chỉ số độ gồ ghề cao, RCI = 45 ÷ 61. Các đoạn có số thứ tự từ 1 - 5, tuy không bị hư hỏng nhiều nhưng lại không đảm bảo về độ êm thuận, chỉ số độ gồ ghề RCI = 48÷54 £ 70.

Chỉ số PCR được ước lượng trên từng phân đoạn tuyến, theo biểu thức 1. Kết quả được thể hiện ở Hình 4.1. Trị số PCR bé hơn 70 tại các phân đoạn từ 3 - 11. Nói cách khác là các phân đoạn từ 3 - 11 cần phải được sửa chữa.

Hình 4.1: Chỉ số SCR, RCI và PCR trên toàn tuyến đường

4.2. Kết quả đánh giá với khảo sát dân sinh

Khảo sát dân sinh đã được thực hiện, 100 người thường xuyên tham gia lưu thông trên tuyến đã được hỏi. 70% cho rằng nên sửa chữa ngay, 13% nghĩ rằng nên đợi một thời gian nữa mới sửa chữa, số còn lại chọn phương án không cần sửa chữa. Về mức độ hài lòng khi đi lại trên tuyến đường này, có 38% cảm thấy không hài lòng, 56% cho rằng mặt đường như vậy là bình thường, 6% cho rằng là hài lòng về khả năng phục vụ của mặt đường. So sánh về cảm nhận của người dân và kết quả đánh giá theo chỉ số, ta thấy khá tương đồng về quan điểm nên sửa chữa đoạn đường trên. Thực tế, theo đề nghị của Sở GTVT, UBND TP. Hồ Chí Minh đã phê duyệt kế hoạch sửa chữa lớn tuyến đường trên.

Kết quả khảo sát về cảm nhận của người dân khi sử dụng tuyến đường, mức độ hài lòng đạt 62%, khá lệch so với nhận định về việc nên hay không nên cho sửa chữa đoạn đường (đạt 70%). Đây cũng chính là khuyết điểm của phương pháp khảo sát dân sinh.

5. Kết luận

Tuyến đường Lê Văn Lương, đoạn từ Trần Xuân Soạn đến Nguyễn Thị Thập đã được tiến hành đo đạc hư hỏng trên từng phân đoạn 100m. Ngoài ra, độ gồ ghề IRI cũng đã được đo đạc trên đoạn đường trên. Hệ thống các chỉ số đã được sử dụng để đánh giá hư hỏng mặt đường. Theo mức độ hỏng SCR, phân đoạn 6 - 11 được đánh giá là có điều kiện bề mặt ở mức kém. Theo độ gồ ghề RCI, phân đoạn 1 - 11 có độ gồ ghề được đánh giá điểm rất thấp. Theo chỉ số tổng hợp PCR, phân đoạn từ 3 - 11 được cho là cần được sửa chữa. Trong khi đó, theo khảo sát từ dân sinh thì tuyến đường trên được đánh giá chung là cần được sửa chữa, nhưng vẫn có mức độ hài lòng cao. Qua đó ta thấy, chỉ số PCR có cách nhìn toàn diện hơn, giảm thiểu yếu tố chủ quan khi đánh giá. Hệ thống chỉ số đánh giá được dùng để lượng hóa tính phức tạp và đa dạng về hư hỏng có thể xuất hiện trên mặt đường ô tô. Nó rất dễ áp dụng, dễ lưu trữ cũng như thuận tiện cho công tác quản lý. Hệ thống chỉ số đánh giá nên được nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam.

Tài liệu tham khảo

[1]. Phan Văn Sơn (2010), Nghiên cứu đề xuất hệ thống chỉ số đánh giá mức độ hư hỏng mặt đường bê tông nhựa ứng dụng trong công tác quản lí và bảo trì đường bộ khu vực thành phố Hồ Chí Minh, Luận văn Thạc sĩ.

[2]. FHWA (2009), Distress Identification Manual for the NPS Road Inventory Program.

[3]. Công ty Tư vấn Xây dựng Cao Cường, Thuyết minh báo cáo kinh tế kỹ thuật công trình sửa chữa lớn đường Lê Văn Lương (từ Trần Xuân Soạn đến Nguyễn Thị Thập).