KHAI THÁC MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY

TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Ch-ơng I
Mặt đ-ờng sân bay và các yếu tố tác động đến chất l-ợng
khai thác mặt đ-ờng sân bay
1.1. Phân loại mặt đ-ờng sân bay
Từ quan điểm khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay, căn cứ đặc tr-ng làm việc của mặt
đ-ờng d-ới tác dụng của tải trọng bánh máy bay, mặt đ-ờng sân bay đ-ợc chia thành hai loại
mặt đ-ờng cứng và mặt đ-ờng mềm.
1.1.1. Mặt đ-ờng cứng sân bay
Mặt đ-ờng cứng là loại mặt đ-ờng đ-ợc ứng dụng rộng rãi nhất trong kết cấu mặt đ-ờng
sân bay, nhất là đối với các sân bay dự kiến khai thác các loại máy bay nặng, máy bay sử dụng
động cơ phản lực.
Các loại mặt đ-ờng cứng có đặc điểm làm việc chịu uốn do sử dụng các loại vật liệu
thích hợp và khả năng phân bố tải trọng bánh xuống lớp móng trên diện rộng, do vậy áp lực do
tải trọng gây ra trên nền đất nhỏ đi (hình 1.1.a). Mặt khác do vật liệu mặt đ-ờng cứng có tính
đàn hồi lớn, do vậy chúng ít nhậy cảm với hiện t-ợng trùng phục tải trọng và tác động của nhiệt
độ.
Mặt đ-ờng cứng sân bay bao gồm các loại mặt đ-ờng bê tông xi măng, bê tông xi măng
l-ới thép, bê tông cốt thép và bê tông ứng suất tr-ớc (đổ tại chỗ hoặc lắp ghép từ các tấm đúc
tr-ớc).
Cấu tạo mặt đ-ờng cứng bao gồm tầng mặt và tầng móng, trong mỗi tầng có thể gồm
một hoặc nhiều lớp. Giữa các lớp th-ờng bố trí lớp vật liệu ngăn cách bằng giấy dầu hoặc các
lớp vật liệu t-ơng tự với chiều dày 1 1,5mm hoặc bằng 1 lớp bi tum - cát dày 1 2cm nhằm
mục đích giảm tối đa lực ma sát giữa các lớp, tránh gây ra ứng suất nhiệt cho tấm bê tông khi
tấm bê tông co hoặc dãn do thay đổi nhiệt độ môi tr-ờng.
Tầng móng th-ờng đ-ợc làm từ các loại vật liệu cát vàng gia cố xi măng (hàm l-ợng xi
măng sử dụng 8 10% theo trọng l-ợng của cát vàng), đất tự nhiên gia cố xi măng, đất tự
nhiên gia cố nhựa bi tum, đá dăm cấp phối tiêu chuẩn hoặc đơn giản từ một lớp cát vàng. Để
giảm kinh phí xây dựng, tầng móng th-ờng đ-ợc làm từ các loại vật liệu tại chỗ.
Các loại mặt đ-ờng bê tông cốt thép và bê tông ứng suất tr-ớc có thể thi công theo hai

cách: thi công đổ bê tông tại chỗ và thi công lắp ghép từ các tấm đúc tr-ớc. Còn đối với các
loại mặt đ-ờng bê tông xi măng và bê tông l-ới thép thì áp dụng ph-ơng pháp thi công đổ tại
chỗ.
1


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Khi sửa chữa nâng cấp mặt đ-ờng sân bay, ng-ời ta th-ờng áp dụng giải pháp bổ sung
một lớp tăng c-ờng lên trên lớp mặt đ-ờng cũ, lớp mặt đ-ờng cũ có thể là lớp mặt đ-ờng cứng
(bê tông xi măng, bê tông l-ới thép, bê tông cốt thép) hoặc có thể là mặt đ-ờng mềm. Và ng-ợc
lại, lớp tăng c-ờng cũng có thể là lớp mặt đ-ờng cứng hoặc lớp mặt đ-ờng mềm.

s

P

a)

s

d1

P

b)

d2

Hình 1.1. Sơ đồ làm việc của mặt đ-ờng d-ới tác dụng của tải trọng

a. Mặt đ-ờng cứng;

b. Mặt đ-ờng mềm

1.1.2. Mặt đ-ờng mềm sân bay
Đối với các sân bay khai thác các loại máy bay loại vừa và nhỏ, th-ờng ứng dụng loại
kết cấu mặt đ-ờng mềm. Kết cấu mặt đ-ờng mềm làm việc chịu uốn kém mà chủ yếu làm việc
chịu nén, độ võng mặt đ-ờng d-ới tác dụng tải trọng lớn hơn, đ-ờng kính bát võng lại nhỏ hơn
so với kết cấu mặt đ-ờng cứng khi chịu cùng một tải trọng tác dụng (hình 1.1.b).
Nh-ợc điểm chủ yếu của mặt đ-ờng mềm là tính nhậy cảm của chúng với các loại tải
trọng động trùng phục, đặc tr-ng cho tải trọng khai thác mặt đ-ờng sân bay, nhất là khi hoạt
động khai thác vào những ngày nắng, nóng. Quá trình phá huỷ kết cấu mặt đ-ờng mềm là quá
trình tích luỹ các biến dạng co ép lớp vật liệu khi chịu tải trọng trùng phục cùng với sự biến
dạng của nền đất tự nhiên và của chính lớp vật liệu móng.
Cấu tạo mặt đ-ờng mềm bao gồm các loại mặt đ-ờng bê tông asphalt (trong đó có cả bê
tông asphalt l-ới thép), mặt đ-ờng đá dăm cấp phối thấm nhập nhựa, mặt đ-ờng đất cấp phối tự
nhiên, mặt đ-ờng đất gia cố chất kết dính hữu cơ và vô cơ. Thông th-ờng mặt đ-ờng mềm đ-ợc
cấu tạo từ nhiều lớp vật liệu.
1.2. Các tác động gây h- hỏng cho kết cấu mặt đ-ờng sân bay
1.2.1. Tác động của tải trọng máy bay lên mặt đ-ờng sân bay
2


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Tác động của tải trọng máy bay lên mặt đ-ờng sân bay thông qua hệ thống bánh càng
chính và càng phụ (càng mũi), trong đó phần tải trọng truyền qua càng chính th-ờng chiếm từ
90 95% tổng trọng l-ợng máy bay. Mỗi máy bay có từ 2 đến 4 càng chính, mỗi càng chính
có 1, 2, 4 hoặc 6 bánh.
Sự phân tích đúng đắn tác động của tải trọng gây ra trên mặt đ-ờng sân bay khi chịu các

tác động khác nhau của máy bay có giá trị thực tiễn trong quá trình khai thác sân bay.
Cần phải xem xét các hoạt động cất - hạ cánh của máy bay trên quan điểm tác động của
tải trọng lên mặt đ-ờng sân bay và làm rõ các đặc tr-ng làm việc của mặt đ-ờng khi khai thác
nó.
* Khi cất cánh:
Suốt quá trình cất cánh của máy bay bao gồm 3 giai đoạn: chạy đà, tích luỹ tốc độ (khi
đã rời đất) và lấy độ cao. Trên quan điểm xét sự làm việc của mặt đ-ờng, giai đoạn đ-ợc quan
tâm là giai đoạn chạy đà.
Chuyển động của máy bay ở giai đoạn chạy đà đ-ợc đảm bảo bằng lực kéo của động
cơ, nó ng-ợc chiều với lực cản của không khí và lực ma sát bánh xe trên mặt đ-ờng. Hiệu số
lực kéo của động cơ và lực cản là đại l-ợng lực gây ra chuyển động có gia tốc của máy bay:
F = Fđc - X - Fms,
(1.1)
Trong đó:
Fđc - lực kéo động cơ máy bay;
Fms - lực ma sát giữa bánh máy bay với mặt đ-ờng;
X - lực cản khí động học,
X = Cx..Sx.v2/2,
Cx - hệ số lực cản;
- mật độ không khí;
Sx - diện tích cánh máy bay;
v - vận tốc chuyển động của máy bay.
Khi tốc độ chạy đà tăng lên, lực nâng máy bay tăng, do đó tác động của tải
trọng xuống mặt đ-ờng giảm dần, do vậy lực ma sát cũng giảm đi. Tải trọng ban đầu tác động
lên mặt đ-ờng khi chạy đà có thể tăng lên so với trọng l-ợng máy bay do hiện t-ợng rung khi
động cơ bắt đầu hoạt động hoặc khi máy bay chuyển động với tốc độ 40 50km/h trên bề mặt
không bằng phẳng, lý do là bánh xe gây ra va chạm vào những chỗ mấp mô của bề mặt mặt
đ-ờng khi chuyển động trên bề mặt đ-ờng không bằng phẳng (bề mặt lồi, lõm, sự chênh cao
giữa các mép tấm ...). Theo số liệu đo đạc thực nghiệm [2], khi máy bay chuyển động với vận
tốc 40 50km/h, trên mặt đ-ờng có độ gồ ghề 1 2cm thì tải trọng động có thể tăng lên 20

3


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

30%, còn khi độ gồ ghề 3,5 4cm thì tải trọng động có thể tăng lên 30 45% so với tải trọng
tĩnh.

a)

b)

c)

d)

Hình 1.2. Sơ đồ bố trí bánh càng chính các loại máy bay dân dụng
a. Càng 1 bánh; b. Càng 2 bánh;c. Càng 4 bánh; d. Càng 6 bánh

Khi vận tốc chuyển động lớn hơn, do xuất hiện lực nâng máy bay nên tải trọng tác động
lên mặt đ-ờng sẽ giảm đi:

Y
Gđ = (Gt-Y).kđ = Gt 1 .kđ = Gt.kđ.n,


Gt

Trong đó:
Gđ - tải trọng động tác dụng lên mặt đ-ờng;

Gt - tải trọng tĩnh tác dụng lên mặt đ-ờng;
Y - lực nâng máy bay, phụ thuộc tốc độ chuyển động:
Y = Cy. .Sy.v2/2,
Với:
Cy - hệ số lực nâng,
Sy - diện tích cánh máy bay,
4

(1.2)


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

- mật độ không khí,
v - vận tốc chuyển động của máy bay.
n - hệ số v-ợt tải, có xu h-ớng giảm tải trọng tác động lên mặt đ-ờng phụ thuộc lực
nâng;
kđ - hệ số động, có xu h-ớng làm tăng tải trọng tác động lên mặt đ-ờng do bánh lăn qua
bề mặt gồ ghề.
Từ công thức (1.2) ta thấy, tải trọng động tác dụng lên mặt đ-ờng ở giai đoạn chạy đà ở
các khu vực đ-ờng cất hạ cánh là khác nhau: ở hai đầu đ-ờng cất hạ cánh, khi tốc độ chuyển
động thấp, tải trọng tác dụng lên mặt đ-ờng là lớn nhất vì lực nâng lúc này nhỏ, càng vào khu
vực giữa đ-ờng cất - hạ cánh, khi tốc độ chạy đà tăng lên thì tải trọng tác dụng lên mặt đ-ờng
sẽ giảm đi.
* Khi máy bay vận hành trên các sân đỗ:
Trên các sân đỗ, do máy bay đỗ dừng trong thời gian dài nên mặt đ-ờng phải chịu tác
động của tải trọng dài hạn (tải trọng tĩnh). Mặt khác do máy bay chuyển động trên sân đỗ với
vận tốc nhỏ nên hệ số động của tải trọng (Kđ) có thể bỏ qua.
Khi di chuyển máy bay trên các khu vực mặt đ-ờng sân bay, trong kết cấu mặt đ-ờng sẽ
gây ra các dao động c-ỡng bức do dao động của động cơ máy bay truyền xuống mặt đ-ờng

thông qua hệ càng bánh. Đặc tr-ng của các dao động này phụ thuộc tần số dao động riêng của
kết cấu mặt đ-ờng và nguồn xung dao động từ động cơ máy bay. Theo kết quả nghiên cứu của
giáo s- Bi-Rul [3], mặt đ-ờng bê tông asphalt có tần số dao động riêng vào khoảng 50125 Hz,
còn mặt đ-ờng bê tông xi măng cỡ khoảng gần 500 Hz. Các dao động nh- vậy có thể đ-ợc sinh
ra cả khi máy bay đứng hoặc chuyển động trên sân bay. Nh- vậy hoàn toàn có thể xảy ra hiện
t-ợng bất lợi là hiện t-ợng dao động cộng h-ởng, tức là sự trùng hợp tần số giao động riêng của
mặt đ-ờng với tần số dao động của nguồn xung từ động cơ máy bay. Các dao động của kết cấu
mặt đ-ờng là một trong những nguyên nhân làm xuất hiện các vết nứt mới hoặc làm mở rộng
thêm các vết nứt đã có. Đối với kết cấu mặt đ-ờng mềm, các dao động có thể làm yếu các liên
kết giữa chất kết dính với các hạt cốt liệu, từ đó làm giảm c-ờng độ lớp vật liệu. Các dao động
cũng gây ra các bất lợi t-ơng tự với nền đất, nhất là nền đất cát vào mùa m-a khi đất bão hoà
n-ớc và do vậy là nguyên nhân làm lún nền.
* Khi máy bay hạ cánh:
Khi máy bay hạ cánh, tại vị trí tiếp đất, mặt đ-ờng chịu lực va đập lớn do bánh máy bay
khi tiếp đất gây ra.
Thí dụ về sự thay đổi độ lớn tải trọng tác động lên mặt đ-ờng ở hai tr-ờng hợp hạ cánh
không chính xác và hạ cánh chính xác có thể xem hình 1.3.
5


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Từ hình vẽ cho thấy, tải trọng máy bay tác động lên mặt đ-ờng khi hạ cánh chính xác
không lớn hơn tải trọng tĩnh, do tốc độ tiếp đất lớn, lực nâng máy bay làm giảm nhẹ tải trọng
tác động lên mặt đ-ờng. Còn khi hạ cánh không chính xác, tải trọng va đập bánh máy bay có
thể lớn gấp 3 lần tải trọng tĩnh.
1.2.2. Tác động của luồng khí phụt của động cơ máy bay
Trên mặt đ-ờng sân bay, ngoài tải trọng tác động do máy bay gây ra, mặt đ-ờng còn
chịu tác động của luồng khí phụt của động cơ phản lực. Do tác động của yếu tố này dẫn đến
việc cần thiết phải đ-a ra các yêu cầu chất l-ợng cao cho mặt đ-ờng và hạn chế việc ứng dụng

hàng loạt các loại vật liệu kém chịu nhiệt khi xây dựng.

30

4

áp lực, 10 N

25

b.

20

15

4

áp lực, 10 N

a.
10
10

2 s trong không khí
5

5

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Hãm đà, km

0.7

0.8

0
2s

1,5s

0.3

0.4

trong không khí trong không khí

0.5

0.6

0.7

0.8

Hãm đà, km

Hình 1.3. Sự thay đổi tải trọng tác động lên mặt đ-ờng khi hạ cánh
a. Hạ cánh chính xác; b. Hạ cánh không chính xác.

ở các loại động cơ phản lực hiện đại, nhiệt độ luồng khí phụt tại cửa thoát động cơ có
thể đạt 600 8000C và tốc độ có thể đạt 600m/s. Luồng khí này đ-ợc lan truyền trên một
6


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

khoảng cách khá lớn theo hình e líp hẹp có chiều rộng từ 12 15m, trục dài có thể đạt trên
100m.
ở các động cơ tuốc bin cánh quạt luồng khí phụt yếu hơn, song ảnh h-ởng của nó lại
đ-ợc bổ sung thêm tác động rất mạnh của dòng khí từ các cánh quạt.
Sự mở rộng của luồng khí từ động cơ tuốc bin phản lực khi xa dần cửa thoát động cơ
phần nào có làm giảm nhiệt độ của luồng khí, mặc dù vậy tại vị trí tiếp xúc với mặt đ-ờng,
nhiệt độ của luồng khí vẫn còn từ 250 3500C, còn tốc độ luồng khí vẫn đạt cỡ vài chục m/s
(xem hình 1.4).

3m
2

1

0
60 m/s

120 m/s

1

2

3

4

5

6m

180 m/s

Hình 1.4. Tác động của luồng khí phóng phụt động cơ
máy bay phản lực lên mặt đ-ờng.
ảnh h-ởng của luồng khí phụt lên mặt đ-ờng phụ thuộc loại và chế độ làm việc của
động cơ phản lực, vào nhiệt độ và tốc độ luồng khí, thời gian tác dụng, phụ thuộc độ nhớt và
tính chịu nhiệt của lớp vật liệu mặt đ-ờng.
Để làm rõ hiệu ứng tác động của luồng khí lên mặt đ-ờng, ng-ời ta đã tiến hành hàng
loạt các thí nghiệm. ở Mỹ [3] ng-ời ta đo đ-ợc sau 21 phút làm việc của động cơ tuốc bin phản
lực tác động lên mặt đ-ờng bê tông xi măng, nhiệt độ mặt đ-ờng nóng lên 120 0C với máy bay
loại nhẹ và 2050C với các máy bay loại nặng. Sau nửa giờ làm việc của động cơ hầu nh- không

làm thay đổi nhiệt độ mặt d-ới tấm bê tông. Sự hình thành građien nhiệt trong tấm bê tông sẽ
thúc đẩy nhanh sự h- hỏng bề mặt tấm bê tông.
Có thể xem rằng tác động của động cơ phản lực lên mặt đ-ờng đ-ờng cất - hạ cánh chủ
yếu gây ra ở 100 150m đầu khu vực chờ xuất phát, do khi chuẩn bị cất cánh, động cơ máy
7


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

bay phải làm việc ở chế độ cực đại. Yêu cầu mặt đ-ờng tại khu vực này cần phải chịu đ-ợc
nhiệt độ 2000C với vận tốc luồng khí tới 100m/s. Các loại mặt đ-ờng bê tông xi măng có thể
đáp ứng đ-ợc các yêu cầu này. Mặt đ-ờng bê tông asphalt có thể chịu đ-ợc luồng khí phụt ở
nhiệt độ 1200C trong thời gian 4 6 phút.
Các loại mặt đ-ờng đá dăm, sỏi thấm nhập chất kết dính hữu cơ không có khả năng chịu
đ-ợc luồng khí phóng phụt này và nó sẽ bị phá huỷ ngay sau khi động cơ bắt đầu làm việc.
Bên cạnh các khu vực đ-ờng cất - hạ cánh, các khu tiếp giáp với đầu đ-ờng cất - hạ cánh
và lề đ-ờng lăn cũng cần gia cố bề mặt để tránh luồng khí phóng phụt gây h- hỏng.
Lớp bề mặt phủ cỏ khi bị tác động của luồng khí phụt sẽ nhanh chóng bị khô héo và
cháy.
Khi tác động của luồng khí phụt lên bề mặt đất sẽ xảy ra 3 quá trình: sự bào mòn do các
hạt liên kết yếu bị cuốn đi; sự tạo thành các hố d-ới tác dụng trực diện của áp lực luồng khí
phụt; sự dịch chuyển các hạt đất do sự xâm nhập của luồng khí vào các lỗ rỗng trong lớp đất.
Mức độ phá huỷ lớp đất phụ thuộc các tham số về luồng khí, thời gian tác động và các đặc
tr-ng của lớp đất.
Để đánh giá đại l-ợng bào mòn có thể xảy ra của lớp đất, có nghĩa là chiều sâu phá hoại
do luồng khí phụt, trên cơ sở các nghiên cứu thực nghiệm của một số tác giả, có thể áp dụng
công thức thực nghiệm sau [3]:
hbm 5.104

Wi

k t .Wv

Wi


1q x t i t v ,
k t .Wv


(1.3)

Trong đó:
Wi - tốc độ luồng khí phụt;
kt - hệ số kể đến sự thay đổi tốc độ luồng khí, trị số của nó có thể tìm đ-ợc từ hình 1.5,
phụ thuộc thời gian tác động của luồng khí ti;
Wv - tốc độ của luồng khí mà tại thời điểm đó bắt đầu quá trình bào mòn lớp đất, trị số
của nó phụ thuộc loại và trạng thái lớp đất và đ-ợc xác định theo hình 1.6.
qx - thể tích khí đi qua một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích;
tv - thời gian tác động của luồng khí tr-ớc thời điểm xảy ra bào mòn.
Thời gian bắt đầu bào mòn đ-ợc xác định theo hình 1.5 phụ thuộc tỷ số W i/Wv. Khi có
lớp phủ cỏ thì tốc độ bắt đầu bào mòn có đ-ợc từ biểu đồ, cần nhân với 2,5 khi lớp cỏ có chất
l-ợng tốt và với 1,5 khi lớp có chất l-ợng trung bình.

8


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

wi wv

kt
1.3
1.1
0.9
0.7
0.5
0.3
0.2

0.5

1.0

2.0

5.0

10.0 20.0 50.0 100.0 300.0 t

Hình 1.5. Quan hệ giữa tốc độ xảy ra bào mòn và thời gian tác dụng
Từ các số liệu nhận đ-ợc qua các nghiên cứu thử nghiệm về nhiệt độ và tốc độ luồng khí lên bề
mặt mặt đ-ờng cũng nh- từ các số liệu nghiên cứu về sân bay, cho phép có những nhận định về
các điều kiện sử dụng và tính thích hợp của một số vật liệu trong xây dựng tầng phủ sân bay.
Thí dụ mặt đ-ờng bê tông asphalt chặt có thể bảo toàn c-ờng độ và độ ổn định trong vòng 3 4
phút ở nhiệt độ luồng khí 110 1200C và tốc độ luồng khí đến 50m/s. Nhiệt độ trên 80 900C
và tốc độ luồng khí trên 30 40m/s sẽ phá hoại tất cả các vật liệu đ-ợc gia cố bằng chất kết
dính hữu cơ, sự phá hoại mặt đ-ờng đá dăm - sỏi xảy ra khi tốc độ luồng khí trên 50m/s, còn
đối với bề mặt đất là trên 30m/s.
Đối với lớp phủ cỏ khi nhiệt độ trên 500C cỏ sẽ nhanh chóng bị khô héo và bị cháy. ổn
định nhất là tầng phủ bê tông xi măng có thể chịu đ-ợc trong vòng 1

phút tác động của luồng khí ở nhiệt độ 3000C.

9


Wv,Cao
m/s
TS Phạm
Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay
240
200

160
2
120
1
80
4

6

8

1- Đất á cát

10

12

14

mPa

2- Đất á sét

Hình 1. 6. Sự thay đổi tốc độ bắt đầu xảy ra bào mòn bề mặt cho
từng loại đất
1.2.3. Tác động của điều kiện khí hậu tự nhiên
Các điều kiện về khí hậu tự nhiên th-ờng có sự cách biệt rất lớn đối với từng vùng, do
vậy tác động của chúng đến các hoạt động khai thác sân bay trên các sân bay cũng rất khác
nhau. Các yếu tố khí t-ợng tự nhiên ảnh h-ởng đến công tác khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân
bay bao gồm: điều kiện địa hình, điều kiện thổ nh-ỡng, địa chất thuỷ văn, khí hậu và các yếu tố
khí t-ợng khác.
Đối với nhiệm vụ khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay thì một trong những yếu tố khí
t-ợng có ảnh h-ởng lớn nhất là chế độ nhiệt không khí.
Sự thay đổi nhiệt độ không khí và trên bề mặt trái đất phụ thuộc trạng thái cân bằng
nhiệt của từng địa ph-ơng trong một ngày đêm và trong một năm, gọi là chu trình nhiệt ngày
đêm và chu trình nhiệt năm, đặc tr-ng cơ bản của nó là biên độ dao động nhiệt, có nghĩa là
hiệu giữa nhiệt độ trung bình giờ hoặc tháng của giờ nóng nhất và lạnh nhất hoặc tháng nóng
nhất và lạnh nhất trong năm.
Sự thay đổi nhiệt độ theo ngày đêm và theo năm mang đặc tr-ng ổn định và tuân theo
quy luật điều hoà. Nhiệt độ không khí cao nhất trong vòng ngày đêm th-ờng là vào lúc 13 giờ,
còn nhiệt độ thấp nhất là vào lúc 5 giờ hàng ngày.
Dao động điều hoà nhiệt độ ngày đêm với độ chính xác t-ơng đối có thể xem là quy luật
Cosin [3]:
10


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

t ttb A cos

2 15
ttb A cos0,262 13 ,
24

(1.4)

Trong đó:
t - nhiệt độ không khí vào thời điểm bất kỳ trong ngày;
ttb - nhiệt độ trung bình bằng một nửa tổng nhiệt độ cao nhất và thấp nhất trong ngày;
A - biên độ dao động nhiệt, bằng một nửa hiệu nhiệt độ cao nhất và thấp nhất trong vòng
ngày đêm;
13 - giờ nóng nhất trong ngày;
24- tổng số giờ trong ngày đêm;
T-ơng tự đối với biên độ dao động nhiệt độ trung bình tháng nh- sau:
t .t t t At cos 0,524 t 7 ,
tb

(1.5)

Trong đó:
t
t tb
và At - t-ơng tự nh- công thức (1.4) song áp dụng cho chu kỳ năm, khi T=12 tháng;
t - tháng xem xét;
7 - tháng nóng nhất trong năm.
Bề mặt trái đất và trong đó có bề mặt mặt đ-ờng sân bay đ-ợc đốt nóng không chỉ do
nhiệt độ không khí mà còn bởi do hấp thụ bức xạ mặt trời:
Ikb

td
tbm t kk ttb
t kk
,
adn

(1.6)

Trong đó:
tkk - nhiệt độ không khí;
t tbtd - nhiệt độ t-ơng đ-ơng đ-ợc đốt nóng do bức xạ mặt trời;
- hệ số hấp thụ nhiệt, phụ thuộc màu sắc và trạng thái bề mặt mặt đ-ờng;
I - c-ờng độ tia bức xạ, phụ thuộc vĩ tuyến Bắc, tháng và giờ trong ngày (đ-ợc dẫn ra
trong bảng 1.1);
kb - hệ số kể đến việc bức xạ mặt trời bị yếu đi do bầu khí quyển, trên các sân bay có thể
lấy bằng 0,5 0,65;
adn - hệ số dẫn nhiệt, có thể lấy trung bình 20Kcal/(m2.h.0C).
Giá trị hệ số hấp thụ nhiệt đối với một số bề mặt khác nhau có thể lấy nh- sau:
Tầng phủ bê tông xi măng khô ráo, cũ:
= 0,65
11


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Tầng phủ bê tông xi măng khô ráo, mới:
= 0,76
Tầng phủ bê tông xi măng -ớt, cũ:
= 0,73
Tầng phủ bê tông asphalt màu xám:

0,82
Tầng phủ bê tông asphalt màu xám tối:
0,89
Bề mặt đất màu xám tối:
0,63
Lớp phủ cỏ bụi bẩn:
0,75
Lớp phủ cỏ bụi sạch:
0,77
Bề mặt n-ớc (phụ thuộc mức độ sóng):
0,30,93
2
Số liệu về bức xạ mặt trời (I, Kcal/m .h) và nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất của
không khí và tháng lạnh nhất trong năm của một số địa ph-ơng ở Việt Nam (TCVN 4088-85)
đ-ợc đ-a ra trong bảng 1.1.
Từ các số liệu quan trắc nhiều năm về chế độ nhiệt bề mặt trái đất, trong đó có mặt
đ-ờng sân bay, cho phép xác định đ-ợc quy luật về sự thay đổi của nhiệt độ.
Bảng 1.1
Nhiệt độ trung bình
tháng nóng nhất, 0C

Nhiệt độ trung bình
tháng lạnh nhất, 0C

Imax, kcal/m2.h

Lai Châu

32,2

13,2

789

Sơn La

29,9

9,9

777

Sa Pa

23,2

6,7

855

Cao Bằng

32,0

10,5

810

Yên Bái

32,5

13,2

-

Tam Đảo

26,0

9,3

-

Hà Nội

32,8

13,8

798

Hải Phòng

32,1

14,1

-

Sơn Tây

32,6

13,5

-

Thanh Hoá

32,9

14,8

-

Vinh

33,9

15,5

810

Đồng Hới

33,4

16,5

-

Huế

34,5

17,4

-

Đà Nẵng

34,2

18,8

-

Địa ph-ơng

12


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Quy Nhơn

34,2

20,7

-

Plây Cu

26,6

13,3

-

Buôn Ma Thuột

28,8

17,2

-

Nha Trang

33,0

20,7

-

Liên Kh-ơng

26,8

13,5

-

Vũng Tàu

30,4

21,7

-

Cần Thơ

34,5

21,0

-

Phú Quốc

31,8

21,8

-

Côn Sơn

31,3

23,9

-

Tp. Hồ Chí Minh

34,6

21,0

-

Dao động nhiệt theo ngày đêm và theo năm theo chiều sâu của bề mặt lớp đất và tầng
phủ sân bay tuân theo quy luật điều hoà tắt dần. Chiều sâu tắt dần các dao động nhiệt theo ngày
đêm không v-ợt quá 0,81m còn theo năm từ 1820m.
Dao động nhiệt lớp bề mặt mặt đất và trong tầng phủ sân bay tại một điểm bất kỳ theo
chiều sâu diễn ra theo quy luật cosinxôit - sinusxoit. Khi đó biên độ dao động theo độ sâu sẽ
giảm đi và diễn ra sự chuyển pha, có nghĩa là các giá trị cực đại của nhiệt độ ở các độ sâu khác
nhau sẽ không trùng nhau theo thời gian (xem hình 1.7).
Đặc tr-ng thay đổi nhiệt độ theo ngày đêm theo chiều sâu tầng phủ với các loại vật liệu
làm móng khác nhau (cát, đất sét...) là giống nhau. Trên hình 1.8 dễ dàng nhận thấy tính đồng
nhất sự thay đổi tr-ờng nhiệt độ trong lớp bê tông xi măng, trong lớp cát và lớp đất sét ở độ
sâu trên 105 cm và độ dốc đ-ờng quy -ớc h-ớng về phía tăng nhiệt độ d-ơng (về bên phải),
xung quanh nó là các dao động nhiệt theo ngày đêm.
Tính chu kỳ về sự thay đổi nhiệt độ tầng phủ và lớp móng gây nên do dao động nhiệt độ
theo ngày đêm của môi tr-ờng có thể biểu thị bằng quan hệ sau:

z

max
2a
t z , t bm .e
cos( Z
),
(1.7)
2a

13


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Trong đó:

tmax
bm - độ lệch nhiệt độ lớn nhất trên bề mặt so với giá trị trung bình của biên

độ, oc;
0

t,c
35

29

10 15

25

20 25

30

5
0
20
1

5

7

10

12

14

16

18

22

1

5

Giờ

Hình 1.7. Sự thay đổi nhiệt độ mùa hè ở các độ sâu khác nhau lớp bê tông xi
măng (các số trên đ-ờng cong - chỉ độ sâu cm)
Z - độ sâu xem xét, m;
a - hệ số truyền nhiệt độ;
2

- tần số vòng của dao động nhiệt;
T
T - thời gian một chu kỳ đầy đủ của một dao động nhiệt, ví dụ khi dao động nhiệt ngày
đêm thì T = 24 giờ;
- thời gian.
Građien nhiệt, có nghĩa là hiệu nhiệt độ lớp mặt và lớp đáy mặt đ-ờng:
t grad t

max
bm


h
.1 e



2a

cos h
2a


(1.8)

ứng suất nhiệt độ uốn vồng do thay đổi nhiệt độ theo chiều sâu phụ thuộc chiều dày h và
độ sâu điểm xem xét z sẽ bằng:

14


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Bê tông

15

19

21

23

5
1

25

27

29

31

33

22

t,0 c

19
15

15
25

Sét

17

10

13

37,5

Cát

45

Hình 1.8. Sự thay đổi nhiệt theo ngày đêm theo chiều sâu lớp bê tông xi
măng, lớp cát nền và lớp nền tự nhiên theo các giờ khác nhau trong ngày.
Số liệu trên đ-ờng cong chỉ giờ.
z

E maã x 5,7 z
1
t bm e
. cos(5,7 z )

1
8,06h




0,707 e 5,7 h . cos 5,7h ,
4



(1.9)

Trong đó:
- hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu mặt đ-ờng;
E - mô đun đàn hồi của vật liệu mặt đ-ờng;
- hệ số Poát - xông của vật liệu mặt đ-ờng.
Xác định građien nhiệt và ứng suất nhiệt trong lớp vật liệu là bài toán phức tạp, phụ

thuộc nhiều yếu tố tác động : nhiệt độ không khí, chế độ bức xạ nhiệt tại khu vực, trạng thái bề
mặt mặt đ-ờng, hệ số truyền nhiệt của lớp vật liệu...Để hiểu rõ hơn về vấn đề này, có thể tham
khảo các kết quả nghiên cứu của Leviski 6.
Để tiện cho tính toán, trong 22TCN 223 - 95 đã đ-a ra công thức gần đúng tính toán
građien nhiệt trong tấm bê tông ở điều kiện nhiệt độ trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam : t= 0,78

15


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

h, trong đó h là chiều dày tấm bê tông. ở Mỹ đã đề nghị sử dụng quan hệ t= 0,67 h, còn ở
Trung quốc quy định lấy trong phạm vi t= 0,82 0,85 h.
Khi đó ứng suất nhiệt uốn vồng tại tâm tấm đối với tấm bê tông có lớp cách ly với lớp
nền có thể tính bằng công thức:
t

Et
(C x C y ).t ,
2(1 2 )

(1.10)

Trong đó:
- hệ số dãn nở nhiệt bê tông, = 1.10-5;
Et - mô đun đàn hồi của bê tông, do kể đến hiện t-ợng từ biến do nhiệt độ, lấy Et = 0,6
Ebt;
- hệ số poát xông của bê tông;
Cx, Cy - hệ số phụ thuộc kích th-ớc các cạnh (L) theo ph-ơng x và y và độ cứng trụ
(Lo) của tấm, đ-ợc lấy theo biểu đồ hình 1.9, với:

Lo hb .3

C x, y 1

Eb (1 2 b )
6 Eo (1 o 2 )

.

L
2 cos . cosh
(tg tgh ), với
; L- kích th-ớc cạnh tấm; Lo là đặc
sin 2 sinh 2
L0 8

tr-ng đàn hồi tấm.
Công thức (1.10) th-ờng đ-ợc dùng để tính toán ứng suất nhiệt uốn vồng trong tấm bê
tông.
Tính toán ứng suất nhiệt uốn vồng trong tấm bê tông cần thoả mãn điều kiện t ,
với đề nghị lấy ( 0,150,2) Rku.
Khi tấm bê tông dính chặt với nền (tấm không thể uốn vồng), ứng suất uốn vồng có thể
tính:

t

Et
.
2(1 2 )

(1.11)

Để chống nứt nhiệt độ do uốn vồng của tấm bê tông, theo tiêu chuẩn thiết kế sân bay
của Liên xô (cũ), đã đề nghị dùng l-ới thép cấu tạo. Thép AII có đ-ờng kính 12mm nếu chiều
dày tấm bê tông d-ới 30 cm và đ-ờng kính 14 mm khi chiều dày tấm bê tông 30 cm, vị trí
đặt l-ới ở 1/3 1/2 chiều dày tấm kể tự mặt tấm.

16


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

cx ,cy
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0

2

4

6

8

10

l/lo

Hình1. 9. Biểu đồ xác định các hệ số Cx, Cy
ứng suất uốn vồng th-ờng có giá trị lớn hơn ứng suất do lc ma sát đáy tm do co dãn
tấm bê tông, theo các nghiên cứu của Goreski [3], ứng suất uốn vồng tấm bê tông th-ờng lớn
không d-ới 2,5 lần ứng suất co dãn do ma sát đáy tấm bê tông gây ra.
Sự hiểu biết các quy luật thay đổi tr-ờng nhiệt độ trong tầng phủ sân bay và biết xác
định các ứng suất nhiệt trong quá trình khai thác sân bay khi xuất hiện nhiệt độ môi tr-ờng cao
hơn nhiệt độ tính toán thiết kế ban đầu là hết sức cần thiết để xác định nguyên nhân gây ra các
biến dạng nhiệt và h- hỏng do nhiệt và lựa chọn các giải pháp sửa chữa. Việc làm giảm các ứng
suất nhiệt có thể thực hiện bằng các biện pháp khai thác, ví dụ t-ới n-ớc lạnh lên mặt đ-ờng,
chuyển đổi các chuyến bay ở các giờ nắng nóng sang các giờ mát mẻ hơn (buổi chiều hay buổi
sáng sớm) hoặc giảm bớt tải trọng th-ơng mại khi cất cánh.

17


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

ch-ơng II
Yêu cầu chất l-ợng khai thác đối với
mặt đ-ờng sân bay
Các yêu cầu về chất l-ợng khai thác đối với mặt đ-ờng sân bay là các điều kiện cần thiết
để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho máy bay khi cất - hạ cánh và các hoạt động vận hành khác
của máy bay trên sân bay. Chất l-ợng khai thác mặt đ-ờng sân bay đ-ợc đánh giá qua ba chỉ
tiêu chủ yếu là sức chịu tải, độ bằng phẳng và độ nhám của mặt đ-ờng.
2.1. Sức chịu tải của mặt đ-ờng sân bay và ph-ơng pháp đánh giá
2.1.1 Khái niệm về sức chịu tải của mặt đ-ờng sân bay
Sức chịu tải cho phép hay c-ờng độ kết cấu mặt đ-ờng sân bay là chỉ tiêu quan trọng

của mặt đ-ờng sân bay, nó cho phép tiếp nhận các máy bay tính toán với mật độ khai thác
không hạn chế mà không gây h- hại cho kết cấu mặt đ-ờng.
Chỉ tiêu sức chịu tải cho phép -kí hiệu P0 của mặt đ-ờng đ-ợc đánh giá qua đặc tr-ng
c-ờng độ và mức độ biến dạng cho phép của vật liệu mặt đ-ờng đối với mỗi loại máy bay tính
toán cụ thể (tải trọng càng, số l-ợng bánh trong mỗi càng chính, áp suất bánh).
Gọi tải trọng bánh của máy bay khai thác tác dụng lên mặt đ-ờng là P, nh- vậy khi thoả
mãn điều kiện P P0, mặt đ-ờng cho phép khai thác không hạn chế loại máy bay đó. Tuy
nhiên trong thực tế th-ờng xuất hiện tình huống loại máy bay khai thác có trọng tải lớn hơn tải
trọng máy bay tính toán (P P0), trong tr-ờng hợp đó cần có các chỉ dẫn cụ thể về hạn chế
hoặc cấm không đ-ợc tiếp nhận khai thác các loại máy bay đó. Có thể tham khảo quy định của
ngành hàng không n-ớc Cộng hoà Pháp [9] nh- sau:
P/P0

Số lần hoạt động tối đa

Chỉ dẫn

1,1

2 l-ợt trong ngày

1,1 1,2

1 l-ợt trong ngày

Khuyến nghị nên theo
dõi tiếp

1,2 1,3

1 l-ợt trong tuần

Bắt buộc theo dõi

1,3 1,4

2 l-ợt trong tháng

th-ờng xuyên

1,4 1,5

1 l-ợt trong tháng

Đánh giá sức chịu tải mặt đ-ờng sân bay theo từng giai đoạn khai thác là công việc bắt
buộc trong khai thác kỹ thuật sân bay khi cần tiếp nhận các loại máy bay mới, mặt khác nó
giúp các nhà chức trách quản lý sân bay có kế hoạch sửa chữa cải tạo, nâng cấp mặt đ-ờng sân
bay. Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế (ICAO) cũng yêu cầu các n-ớc thành viên hàng
năm đều phải thông báo sức chịu tải của mặt đ-ờng sân bay, đặc biệt là các sân bay quốc tế.
18


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Trong lĩnh vực khai thác kỹ thuật đánh giá sức chịu tải mặt đ-ờng sân bay hiện nay, trên
thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng nhiều công nghệ đánh giá với thiết bị đồng bộ và hiện đại
cho phép đánh giá nhanh và chính xác sức chịu tải mặt đ-ờng. Các công nghệ đánh giá bao
gồm ph-ơng pháp đánh giá phá huỷ (ép tĩnh, ép động tại hiện tr-ờng), ph-ơng pháp không phá
huỷ (tải trọng động, ph-ơng pháp siêu âm...) và các ph-ơng pháp lý thuyết hoặc lý thuyết kết
hợp thực nghiệm. D-ới đây xem xét một số công nghệ phổ biến hiện nay.

2.1.2. Ph-ơng pháp ép tĩnh tại hiện tr-ờng
Bản chất của ph-ơng pháp thử nghiệm ép tĩnh tại hiện tr-ờng là tác động một tải trọng
tĩnh lên mặt đ-ờng thông qua tấm ép bằng thép có đ-ờng kính 45 cm ( t-ơng đ-ơng với đ-ờng
kính quy đổi vệt bánh máy bay), gắn các thiết bị đo, ghi lại độ võng mặt đ-ờng và độ lớn của
tải trọng t-ơng ứng trong suốt quá trình đo. Tải trọng đ-ợc gia tải theo từng cấp, cho đến khi
đạt tải trọng phá hoại mặt đ-ờng (pgh), thời điểm tấm đ-ợc coi là bị phá hoại khi xuất hiện
đ-ờng nứt trong tấm, tức là khi mà độ võng tấm tăng đột biến.
Trên cơ sở các số liệu đo đạc thu đ-ợc, xử lý, xây dựng đ-ờng t-ơng quan giữa tải trọng
và độ võng để phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của kết cấu mặt đ-ờng cũng nh- xác
định sức chịu tải của mặt đ-ờng.
-u điểm của ph-ơng pháp thử nghiệm tải trọng tĩnh là cho kết quả chính xác cao, song
có nh-ợc điểm là thiết bị cồng kềnh, thời gian thử nghiệm lâu sẽ ảnh h-ởng tới hoạt động khai
thác của sân bay. Khi đánh giá sẽ làm phá huỷ tấm bê tông.
a. Thiết bị và trình tự đánh giá
Về nguyên tắc, thiết bị đồng bộ bao gồm:
- Dàn thép gia tải, dàn đ-ợc gia công bằng thép chắc chắn, có thể chất tải trọng kiểm tra
tới 60 70T tuỳ theo yêu cầu đánh giá.
Dàn có hệ bánh để có thể kéo di chuyển dễ dàng.
- Kích thuỷ lực có thể kích đ-ợc lực tối thiểu bằng 120% tải trọng phá hoại dự kiến.
- Các đồng hồ đo chuyển vị, đồng hồ đ-ợc gắn với các cần đo và đ-ợc đặt cách tâm đặt
tải tối thiểu 2,5m để độ võng tấm không làm ảnh h-ởng kết quả đo của đồng hồ. Đồng hồ đo
độ võng có hành trình đo tối thiểu 25mm và b-ớc chia 0,025 mm (0,001 inch)
- Tấm ép bằng thép có chiều dày tối thiểu 2,5 cm, đ-ờng kính 45 cm ( t-ơng đ-ơng
đ-ờng kính vệt bánh máy bay), trên tấm có khoan các lỗ để gắn đầu đo chuyển vị khi gia tải,
tải trọng đ-ợc tăng theo từng cấp, mỗi cấp không quá 10 15% tải trọng dự kiến kiểm tra.
Đồng hồ đo độ võng đ-ợc đặt theo hai ph-ơng vuông góc với nhau, tại mỗi cấp tải
trọng khi độ võng tấm đã ổn định, sau 3 5 phút độ võng không lớn hơn 0,01mm mới tăng tiếp
cấp tải trọng sau.
19

TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Vị trí đo: tại các góc tấm, số l-ợng điểm đánh giá cho 1 đ-ờng CHC không d-ới 20
điểm.
Trình tự đánh giá nh- sau:
Sau khi lắp dựng thiết bị đánh giá, tr-ớc hết gia tải từ 3 đến 5 tấn, giữ trong vòng 10s để
tạo sự làm việc ổn định của thiết bị và sự tiếp xúc tốt giữa tấm ép với mặt bê tông, sau đó dỡ tải
hoàn toàn.
Tiếp theo, gia tải theo từng cấp từ 3 đến 5 tấn, ở mỗi cấp ghi lại độ võng tấm t-ơng ứng.
Gia tải đến khi tấm bị phá hoại ( tấm bị nứt) thì dừng lại.
b. Phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng của tấm bê tông
Để phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng của tấm bê tông d-ới tác dụng của tải trọng
thử, sử dụng các lời giải của lý thuyết đàn hồi khi tấm chịu tác dụng của tải trọng trên nền đàn
hồi [2]. Mô men uốn sinh ra trong tấm đ-ợc xác định theo công thức:
2w

Mx= -B



2w
;
y 2

x
2w
2w
My= -B 2 2 ,
x

y
2

(2.1)

Trong đó:
B=

Eh 3
- độ cứng uốn trụ của tấm bê tông;
2(1 2 )

2w
- độ cong mặt trung hoà của tấm trong mặt phẳng zox;
x 2
2w
- độ cong mặt trung hoà của tấm trong mặt phẳng zoy;
y 2
w - độ võng của tấm theo ph-ơng z;
- hệ số Poát xông;
E - mô đun đàn hồi bê tông;
h - chiều dày tấm bê tông.
ứng suất trong tiết diện tấm:

E
x y ;
1 2
E
y
y x ,
1 2

x

Trong đó:
x , y - biến dạng theo các trục x, y.
20

(2.2)


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Các biến dạng x , y có thể đ-ợc xác định khi biết độ cong mặt tấm theo các công thức
sau:

x

y

z

x
z

y

z

z

2w
x 2
2w

y 2

;

,

(2.3)

ở đây: z - khoảng cách từ điểm xem xét đến mặt phẳng trung hoà (mặt phẳng trung
gian),

h
khi z = , ta có:
2

h 2w
h 2w

x . 2 và y . 2 .
2 x
2 y

(2.4)

Theo định luật HUC, ứng suất uốn đ-ợc xác định theo công thức:
h 2 w
2w
x
.

1 2 2 x 2
y 2
E


;



h 2 w
2 w
y
.
2 .
1 2 2 y 2
x
E

(2.5)

Nh- vậy, để xác định ứng suất thực tế trong tiết diện tấm bê tông d-ới tác dụng của tải
trọng kiểm tra, ta cần xác định đ-ợc độ cong bề mặt tấm. Độ cong bề mặt tấm có thể đ-ợc xác
định theo kết quả đo độ võng tại các vị trí khác nhau
của tấm.
Độ cong một điểm bất kỳ có thể xác định theo ph-ơng pháp sai phân hữu hạn, theo công
thức gần đúng sau:
2 wi
x 2
2 wi
y

2



wk wt 2wi



wm wn 2wi

(x) 2
(y ) 2

;
,

(2.6)

Trong đó:
i - điểm xem xét ( tâm điểm đặt tải);
wi - độ võng bề mặt tấm tại điểm xem xét;
wk, wl, wm, wn - độ võng tại các điểm lân cận của l-ới sai phân;
x, y - kích th-ớc l-ới ( khoảng cách các đầu đo) theo các ph-ơng x, y.
21


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

2w 2w

Biết đ-ợc các đại l-ợng độ cong mặt tấm 2 , 2 , thay vào công thức (2.5) có thể
x y
xác định đ-ợc các ứng suất x, y trong tấm. So sánh các kết quả này với các ứng suất tính theo
lý thuyết tính toán đã biết, có thể đánh giá tình trạng chất l-ợng còn lại của mặt đ-ờng sân bay
trong quá trình khai thác so với thiết kế ban đầu.
c. Th nghim xác định sức chịu tải của mặt đ-ờng sân bay bằng PP ép tĩnh phá hủy
Để xác định sức chịu tải của mặt đ-ờng sân bay bằng ph-ơng pháp ép tĩnh hiện tr-ờng,
thời gian đánh giá th-ờng đ-ợc tiến hành vào mùa m-a, khi mà nền đất ở trạng thái ẩm -ớt, tức
là lúc có c-ờng độ thấp nhất.
Trình tự thí nghiệm đ-ợc tiến hành nh- đã nêu mục a phần 1.1.
Kết thúc quá trình thử nghiệm, chúng ta nhận đ-ợc hàng loạt các giá trị tải trọng phá
hoại tấm bê tông (Pi) ở các vị trí khác nhau. Tải trọng phá hoại là tải trọng mà tại thời điểm đó
trên đ-ờng cong tải trọng - độ võng, độ võng tấm biến thiên đột ngột -điểm gẫy của đ-ờng
cong ( xem hình 2.1). Sử lý số liệu, xác định tải trọng cho phép theo trình tự sau [2]:
Giá trị trung bình của tải trọng phá hoại sẽ là:
Ptb

1 n
Pi .
n 1

(2.7)

Độ lệch chuẩn của đại l-ợng đo:


n
1
( Pi Ptb )2 .

( n 1) 1

(2.8)

Hệ số biến động ( biến sai) của đại l-ợng tải trọng:
W



Ptb

.

(2.9)

Nh- vậy, sức chịu tải của mặt đ-ờng đ-ợc đánh giá thông qua tải trọng tác động lên tấm
ép, đ-ợc xác định qua kết quả thực nghiệm:

P0 = m(1-3W)Ptb,
(2.10)
Trong đó:
m - hệ số điều kiện làm việc của mặt đ-ờng.
P0 - tải trọng bánh đơn t-ơng đ-ơng biểu thị sức chịu tải của mặt đ-ờng.
d) Cơ sở xác định số l-ợng mẫu thử nghiệm hiện tr-ờng

S lng mu th hin trng c tớnh toỏn theo h s tin cy yờu cu v
mc chớnh xỏc ca thit b o. i vi cỏc i lng o l i lng tuõn theo lut
phõn b chun, ta cú tin cy:
P(X X X X X) 1 / 2,
22


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

trong ú: P- tin cy yờu cu, thng ly P=0,95;
X - giỏ tr trung bỡnh i lng o:

X

X

n

n

i

,

n- s lng mu th;
X - sai lch tuyt i i lng o so vi giỏ tr trung bỡnh, vi cỏc i lng

cú khong tin cy i xng ( lut phõn b chun), ta cú:
X

Z1 / 2

,

n

Z1 / 2 - tham s ca phõn b chun, c ly ph thuc tin cy yờu cu, vi

P=0,95 cú Z1 / 2 =1,645;

- lch chun, xỏc nh theo:


T ú ta cú



(X

i

X)2

n

n 1

.

X Z1 / 2 VX ,

X
n

vi VX- h s bin sai i lng X.
Suy ra

n

Z 21 / 2 VX2
.
2

Trong thc t ỏnh giỏ, thng cho trc giỏ tr v h s bin sai VX tu theo
cp cụng trỡnh v tham s cn ỏnh giỏ. Thay v VX vo s tớnh c s lng mu
n yờu cu
2.1.3. Ph-ơng pháp đánh giá bằng tải trọng động không phá huỷ bằng tải trọng điều hoà:
Sự khác biệt của ph-ơng pháp đánh giá bằng tải trọng động (không phá huỷ) so với
ph-ơng pháp ép tĩnh hiện tr-ờng là trong quá trình đánh giá, tải trọng thử tác động lên mặt
đ-ờng đ-ợc dùng là tải trọng động, phù hợp với đặc điểm tải trọng máy bay tác động lên mặt
đ-ờng. Tải trọng động đ-ợc dùng có thể là tải trọng xung va chạm (thiết bị quả rơi) hoặc tải
trọng động theo chu kỳ (tải trọng điều hoà).
23

TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

-u điểm của ph-ơng pháp đánh giá bằng tải trọng động là thời gian thử nghiệm nhanh
do đó không ảnh h-ởng đến hoạt động khai thác của sân bay.
D-ới đây trình bày tóm tắt công nghệ đánh giá mặt đ-ờng bằng tải trọng điều hoà của
Cục Hàng không Liên bang Mỹ (FAA) là công nghệ đ-ợc áp dụng t-ơng đối phổ biến hiện nay
[9].
- Thiết bị đánh giá:
Thiết bị đánh giá gồm thiết bị tạo tải trọng điều hoà với tần số tải trọng 15Hz, độ lớn của
tải trọng có thể đạt 7 tấn (khoảng 15 20% tải trọng phá hoại
tấm bê tông). Bộ thiết bị đo chuyển vị động, ghi lại độ võng mặt đ-ờng trong quá trình gia tải,
tấm ép đặt tải bằng thép có đ-ờng kính 45cm, đầu đo lực ghi lại độ lớn tải trọng trong quá trình
đo, trên tấm ép có khoan các lỗ để gắn đầu đo chuyển vị, hệ thống thiết bị ghi và xử lý số liệu
đồng bộ với phần mềm xử lý chuyên dụng.
Toàn bộ hệ thống thiết bị gây tải, đo và ghi số liệu đ-ợc bố trí trong một xe rơ moóc
chuyên dụng, có thể kéo di chuyển dễ dàng.
- Tiến hành thử nghiệm và xử lý kết quả:
Tại mỗi vị trí đo, ng-ời ta bắt đầu gia tải tấm bê tông từ 0 đến mức tải trọng t-ơng
đ-ơng 15 20% tải trọng phá hoại, tải trọng đ-ợc gia tải theo từng cấp với tần số dao động xác
định là 15Hz. Độ võng động t-ơng ứng ở các cấp tải trọng đ-ợc ghi lại.
Sau khi kết thúc thử nghiệm, xây dựng biểu đồ quan hệ tải trọng (động) - độ võng cho
từng điểm kiểm tra.
Trong quá trình xử lý, ng-ời ta sử dụng khái niệm mô đun độ cứng động (DSM). Trị số mô đun
độ cứng động đ-ợc xác định nh- sau:
DSM

P2 P1
,

W2 W1

(2.11)

Trong đó:
P1, P2 - lần l-ợt là cấp tải trọng ban đầu (th-ờng đ-ợc lấy bằng 5% tải trọng phá hoại) và
cấp tải trọng cuối cùng (lấy bằng 20% tải trọng phá hoại dự kiến).
W1, W2 - lần l-ợt là độ võng tấm tại các cấp tải trọng t-ơng ứng P1 và P2
Trong miền tải trọng P1 đến P2, đ-ờng quan hệ tải trọng - độ võng là tuyến tính vì độ lớn
tải trọng P1, P2 nhỏ hơn rất nhiều so với tải trọng phá hoại.
Trên hình 2.6 mô tả đặc tr-ng quan hệ "tải trọng - độ võng" của mặt đ-ờng d-ới tác
dụng của tải trọng.

24


TS Phạm Cao Thăng: cơ sở khai thác kỹ thuật mặt đ-ờng sân bay

Độ võng,cm

Từ hình 2.6 cho thấy, nếu mặt đ-ờng có sức chịu tải lớn, trị số DSM cũng sẽ lớn và
ng-ợc lại. Nh- vậy có thể thấy rằng đại l-ợng DSM đặc tr-ng cho sức chịu tải mặt đ-ờng, hay
nói một cách khác, mỗi kết cấu mặt đ-ờng có một giá trị DSM duy nhất.
Sau khi xác định đ-ợc trị số mô đun độ cứng động (DSM), tra theo biểu đồ hình 2.7, xác
định đ-ợc tải trọng bánh đơn t-ơng đ-ơng (P0), đặc tr-ng cho sức chịu tải mặt đ-ờng kiểm tra.
Để xác định loại máy bay khai thác cho phép theo sơ đồ càng bánh, sau khi đã xác định đ-ợc
tải trọng cho phép Po, ta có thể sử dụng các toán đồ hình 2.2 2.5.
Tải trọng bánh đơn t-ơng đ-ơng xác định đ-ợc theo biểu đồ hình 2.7 cần:
- Giảm đi 10% trong tr-ờng hợp có từ 25% trở xuống số tấm có dấu hiệu võng cạnh
tấm;

- Giảm đi 25% trong tr-ờng hợp có từ 30 50% số tấm có dấu hiệu nứt gẫy do tải trọng,
tr-ơng nở đất, lún tấm. Nếu có từ 50% số tấm trở lên bị nứt vỡ thì mặt đ-ờng xem nh- đã bị
hỏng.

DSM=

p2-p1
W2-W1

W2

W1
P1

P2

tải trọng(1000kg)

Hình 2.6. Đặc tr-ng quan hệ tải trọng - độ võng theo ph-ơng pháp FAA

25