QUY HOẠCH VÀ THIẾT KẾ CẢNG HÀNG KHÔNG – SÂN BAY potx

QUY HOẠCH VÀ THIẾT KẾ
CẢNG HÀNG KHÔNG – SÂN BAY
Highways & aireld secon, Civil engineering department,
University of transport & communicaon
Chương VIII: Thiết kế mặt đường sân bay.
I. Các điểm giống nhau và khác nhau giữa mặt đường ô tô và mặt
đường sân bay:
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 hơi 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
hơn 900kN (máy bay Boeing 757-400) với áp lực hơi 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 lăn, tốc độ thay đổi liên tục trên đường băng 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 ở 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 hơn nhiều so với chiều dày mặt đường ô tô.
Tải trọng ngang tác dụng trên mặt đường sân bay cũng lớn hơn 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 trăm 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 cơ hình thành vệt lún bánh xe trên làn
xe này. Trong sân bay, nguy cơ này chỉ xuất hiện trên đường lãn, vì máy bay
lăn 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 hơn so với mặt đường ô tô.
Với kết cấu mặt đường mềm, cùng với thời gian nhựa bitum trong mặt
đường bị lão hoá, sẽ xuất hiện các đường nứt nhô trên lớp mặt. Do tần
suất tác dụng của bánh máy bay thấp hơn 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 tăng hàm
lượng nhựa bitum 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 cơ bản 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. Phương pháp thiết kế:
Phương 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.

Chiều dày mặt đường được tính với tiêu 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 tỉ số CBR của đất nền và tải trọng càng bánh của máy bay
thiết kế để xác định chiều dày tương đương 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 tương đương 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 mặt đường mềm SB:
Lớp mặt của mặt đường mềm sân bay phải bảo đảm được các
chức nãng sau:
- Bảo đảm cho máy bay lăn bánh an toàn và thuận lợi. Chức
năng này đòi hỏi lớp mặt phải bảo đảm được các yêu cầu 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 phẳng.
- 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 bitum phải lâu bị lão hóa.
2. Yêu cầu về cường độ, chống hình thành vệt lún bánh xe và mỏi:
Do tần suất tác dụng của máy bay tại một chỗ nhỏ hơn 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
hơn nên phải sử dụng hỗn hợp bê tông nhựa có độ dãn dài khi phá
hoại cao hơn so với bê tông nhựa của đường ô tô. Cần chú ý chống lún
vệt bánh xe trên đường lăn.
3. Yêu cầu về 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, và vì bánh máy bay ít
làm hao mòn và bào 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
trơn trượt. Vì vậy, khi xây dựng và khai thác mặt đường sân bay cần
đặc biệt chú ý 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 lý do kỹ thuật) và để quay bánh khi máy bay
tiếp đất lúc hạ cánh.
Để tăng độ bám giữa bánh máy bay với mặt đường phải bảo đảm việc thoát
nước mặt và độ nhám của kết cấu. Để tránh đọng nước nên thiết kể độ dốc
ngang của đường bãng (từ 1 - 1,5%) lớn hơn độ dốc dọc (tối đa 1,25%).
Với mặt đường mềm nên dùng bê tông nhựa vữa đá dăm 0/14 hoặc
0/10mm; với mặt đường bê tông xi măng thì phải xẻ rãnh tạo nhám. Trên
các đường băng 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 hướng 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 hơn 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. Yêu cầu 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 khăn hơn so với mặt đường

ôtô (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. Yêu cầu về độ bằng phẳng:
Theo khuyến nghị của ICAO (điều 3.1.24, phụ lục 14) thì "Bề mặt đường
băng 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 lăn 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 băng
cao hơn nhiều so với đường ô tô, ảnh hưởng của độ bằng phẳng đến sự an
toàn của máy bay quan trọng hơn nhiều so với đường ô tô.
Phụ lục 14 ICAO qui định khe hở 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 lăn, do tốc độ lăn bánh của máy bay thấp hơn (20- 60km/h)
nên yêu cầu về độ bằng phẳng chỉ xấp xỉ với độ bằng phẳng của đường ô
tô.
6. Yêu cầu đảm bảo sự toàn vẹn của lớp mặt:
Dưới tác dụng của máy bay ứng suất do tải trọng gây ra, nhiên liệu rơi
vãi, sự phụt của động cơ phản lực) và của môi trường khí hậu (sự già hoá),
mặt đường có thể bị phá hoại dưới các hình thức:
- Nứt và rạn vở làm cho mặt đường 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 năng gây ra những tai nạn nghiêm trọng khi chúng bị
động cơ 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 xăng dầu để làm lớp mặt của
sân đỗ máy bay (là nơi máy bay đỗ lâu dài), kết hợp bảo dưỡng và sửa
chữa. Với đường bãng và đường lăn vấn đề này không cần đặt ra.
Có nhiều biện pháp để chống lại tác dụng ăn mòn của xãng dầu, mà đơn
giản nhất là làm sân đỗ bằng bê tông xi mãng.
b. Bảo đảm độ bền chịu phụt: Sự phụt của động cơ máy bay có thể gây ra
hai tác dụng đối với mặt đường:
* Tác dụng động lực: Với động cơ cánh quạt, tác dụng này tương đối hạn
chế. Để tránh không cho cốt liệu bị cánh quạt hút bắn văng mạnh vào máy
bay, yêu cầu cốt liệu của lớp mặt phải đủ lực dính.
Tác dụng động lực do sự phụt của động cơ phản lực là lớn nhất. Thí dụ
động cơ phản lực của máy bay Boeing 747 khi cất cánh có tốc độ phụt
320km/h tại trục và ở sau động cơ 35m, 240km/h - ở sau động cơ 45m, và
160km/h ở sau động cơ 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 vỡ của vật liệu;
- Rải mặt lề tiếp giáp và sân hãm.
* Tác dụng nhiệt: Sự xâm thực do tác dụng nhiệt của động cơ
phản lực phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ phụt.
Một số máy bay quân sự có thể sinh ra một luồng hơi từ 200 –
250 C⁰ 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 cơ 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 băng
dùng chung cho cả mục đích quân sự và dân dụng.

c. Bảo đảm ổn định dưới tác động của môi trường. Do diện tích lớn hơn, độ
dốc nhỏ hơn, việc thoát nước khó hơn, tần suất tác dụng máy bay ít hơn,
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 hơn so với mặt đường ô tô.
Về mùa hè nhiệt độ của mặt đường bê tông nhựa có thể lên tới 60 – 70
0
C.
Khi thiết kế công thức của hỗn hợp bê tông nhựa phải xét tới điều này để
tránh xuất hiện vệt lún bánh xe (bảo đảm 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 hơn 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 lão hoá.
Vì vậy, khi thiết kế công thức của bê tông nhựa cho mặt đường sân bay
cần đặc biệt chú ý việc chống lão hóa.
II. Mặt đường bê tông xi măng (MĐBTXM):
1. Khái niệm chung:
Thực tế xây dựng và khai thác ở trong và ngoài nước cho thấy
MĐBTXM là loại mặt đường cấp cao thỏa mãn được yêu cầu của
dòng giao thông hiện đại: lưu lượng xe lớn, tải trọng xe nặng (siêu
nặng, thậm chí cả xe bánh xích), độ ổn định cường độ cao, ít chịu
ảnh hưởng của điều kiện môi trường. Thời gian sử dụng 20 – 30 năm
và có thể tới 40 – 50 năm, trong khi tuổi thọ của đường bê tông
atsphan chỉ khoảng 9 năm. Hơn thế nữa, do điều kiện tự nhiên nước
ta rất khắc nghiệt, thường xuyên chịu ảnh hưởng của lũ quét, mưa
bão, lũ lụt cho thấy việc xây dựng đường BTXM là rất thích hợp,
nhất là đường giao thông ở các vùng núi, miền trung, ĐBSCL
2. Ưu nhược điểm của MĐBTXM:

a) Ưu điểm:
-
Cường độ cao, thích hợp với mọi loại xe, mọi cấp lưu lượng. Cường độ của mặt
đường không bị thay đổi theo nhiệt độ như mặt đường bê tông nhựa.
-
Ổn định với nước vì vậy có thể sử dụng ở nơi có lượng mưa lớn thường bị ngập
nước và ở các vùng có điều kiện thủy nhiệt bất lợi.
-
Độ hao mòn nhỏ thường không quá 0,1 – 0,2 mm/năm. Hệ số bám giữa bánh xe
và mặt đường cao và ít thay đổi khi mặt đường bị ẩm ướt nên đảm bảo an toàn
xe chạy với tốc độ cao.
-
Thời gian sử dụng dài, từ 30 – 40 năm, công tác duy tu bảo dưỡng ít, đơn giản.
MĐBTXM có chi phí xây dựng ban đầu cao hơn bê tông atsphan khoảng 30%,
nhưng chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm thấp hơn 70% và khá đơn giản (chủ
yếu là xử lý các khe co giãn).
-
Chi phí năng lượng chiếu sáng cho đường bê tông xi măng giảm 50% so với
mặt đường có màu sẫm (như bê tông nhựa).
-
Có thể cơ giới hóa hoàn toàn tất cả các khâu thi công nên tốc độ thi công
nhanh, chất lượng cao, hạ giá thành công trình, không gây tác động xấu đến
môi trường trường trong quá trình thi công cũng như trong thời gian sử dụng.
-
Bê tông xi măng có thể tái chế thành cốt liệu thứ cấp làm nền đường.
b) Nhược điểm:
-
Với MĐBTXM đổ tại chỗ không thông xe ngay được vì phải chờ thời gian bảo
dưỡng ít nhất 3 tuần.
-

Do phải bố trí khe co dãn nên khi xe chạy với tốc độ cao kém êm thuận, các vị
trí khe cũng là chỗ yếu trong MĐBTXM, gây nứt, gãy, nước dễ thấm xuống
lớp móng và nền ở dưới, dễ sinh ra hiện tượng phụt nước bùn từ nền móng lên
mặt đường gây gãy góc và nứt vỡ dọc theo cạnh tấm. Tiếng ồn phát ra khi xe
chạy với tốc độ cao là khá lớn (gấp 2-3 lần so với mặt đường bê tông nhựa).
-
Việc thi công đòi hỏi trang thiết bị hiện đại, kỹ thuật thi công cao, đầu tư thiết
bị ban đầu lớn.
3. Kết cấu MĐBTXM đổ tại chỗ:
a) Cấu tạo các lớp trong MĐBTXM:
1. Tấm BTXM
2. Lớp móng nhân tạo
3. Lớp móng phụ (có thể có hoặc không)
4. Nền đất
5. Lớp làm phẳng
Tấm BTXM mác cao 300, 350, 400 là bộ phận chịu lực chủ yếu của kết cấu mặt
đường cứng, có thể bằng bê tông không cốt thép, bê tông cốt thép thường, bê
tông cốt thép dự ứng lực, bê tông cốt thép liên tục với chiều dày được xác định
thông qua tính toán.
Ngay dưới tấm bê tông (trên bề mặt của lớp móng nhân tạo) là lớp làm phẳng,
có thể làm bằng cát gia cố 6 – 8% xi măng hay cát trộn nhựa dày 2 – 3cm, có thể
là 2 – 3 lớp giấy dầu, có thể là lớp màng mỏng bằng polyeste. Lớp này có tác
dụng chính:
- Tạo phẳng để đáy tấm tiếp xúc tốt với lớp móng nhân tạo ở dưới;
-
Giảm hệ số ma sát giữa đáy tấm và bề mặt móng làm giảm ứng suất nhiệt.
Lớp móng nhân tạo thường là cấp phối đá dăm gia cố xi măng cát vàng hoặc đất
tại chỗ gia cố xi măng, đá dăm, bê tông mác thấp 100, 150. Chiều dày theo tính
toán, thông thường từ 15 – 30cm.
Lớp móng phụ (tùy theo điều kiện cụ thể có thể có hoặc không). Lớp này thường

là cát đen hoặc các loại vật liệu thoát nước tốt.
Nền đất: tuy nền đất không phải là lớp chịu lực chủ yếu nhưng nó có vai trò
quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và tuổi thọ của mặt đường cứng. Yêu cầu
độ chặt cao (K
yc
= 98 – 100%), thoát nước tốt, đảm bảo đồng đều về cường độ
và ổn định tốt với nước, độ co ngót và trương nở nhỏ.
b) Kích thước mặt bằng của MĐBTXM:
1. Khe dãn 2. Khe co 3. Khe dọc
Trong MĐBTXM SB, khoảng cách giữa các khe co l = 4 – 7m
khoảng cách giữa các khe dọc B = 4 – 5m
khoảng cách giữa các khe dãn L = (5 – 6)l
Nếu sử dụng MĐBTXM cốt thép liên tục hoặc bê tông dự ứng lực L = 100 – 150m.
c) Cấu tạo các khe nối của MĐBTXMSB:
MĐBTXMSB, cũng giống như dùng cho đường ô tô, có 3 loại khe: khe
dãn, khe co (ngang), khe dọc (thường được cấu tạo theo kiểu khe co).
Khe dãn có bố trí thanh tuyền lực
Khe dãn kiểu ngàm
Khe dãn cho phép
tấm bê tông có thể chuyển
dịch trên lớp móng, giảm
được ứng suất nhiệt trong
tấm khi bê tông dãn nở do
nhiệt độ trong tấm lớn hơn
nhiệt độ lúc đổ bê tông.
Khe co có tác dụng làm giảm ứng suất nhiệt trong tấm do bê tông
co ngót trong thời kỳ bê tông đông cứng, do nhiệt độ khi sử dụng thấp
hơn hoặc cao hơn so với lúc đổ bê tông, do nhiệt độ chênh lệch giữa bề
mặt và đáy tấm trong quá trình sử dụng (hiện tượng uốn võng trong
tấm).

Khe dọc: thường được cấu tạo theo kiểu khe co giả có thanh
truyền lực hay khe co kiểu ngàm.
Khe dọc có thanh truyền lực
Nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước cùng kinh
nghiệm thực tế sử dụng MĐBTXMSB và đường ô tô cho thấy thanh
thép truyền lực trong các loại khe có tác dụng rất tốt để nâng cao khả
năng chịu tải của tấm, chất lượng sử dụng và tuổi thọ của mặt đường.